Xây dựng giải thuật và dung lượng trạm biến áp 220,4kv cấy mới để giảm tổn thất công suất tác dụng trên lưới 0,4kv luận văn thạc sĩ

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2. 1. Lưới điện phân phối đơn giản ....................................................................6
Hình 2. 2. Lưu đồ cho việc chọn địa điểm trạm........................................................14
Hình 3. 1. Lưới điện kín và hở ..................................................................................31
Hình 3. 2. Sơ đồ thực tế của 3 nhóm phụ tải .............................................................33
Hình 3. 3. Lưu đồ giải thuật đề nghị .........................................................................36
Hình 4. 1. Mạng 1 nguồn có 7 nhánh ........................................................................37
Hình 4. 2. Dịng điện trên các nhánh của lưới điện ...................................................38
Hình 4. 3. Cấu hình lưới điện khi vận hành kín ........................................................39
Hình 4. 4. Lưới điện khi vận hành hình tia, khóa mở 8-9 .........................................40
Hình 4. 5. Cấu hình lưới khi tính bằng TOPO ..........................................................40
Hình 4. 6. Lưới điện được mở rộng đặt thêm trạm ở nút số 9 ..................................42
Hình 4. 7. Vận hành lưới điện kín .............................................................................42
Hình 4. 8. Vận hành với 2 khóa mở mới là khóa 4-5 và 12-13 ................................43
Hình 4. 9. Lưới điện khi có thêm trạm biến áp sau khi chạy TOPO ........................44
Hình 4. 10. Một phần lưới điện hạ thế Trảng Dài .....................................................48
Hình 4. 11. Sơ đồ vận hành lưới điện Trảng Dài hiện hữu .......................................51
Hình 4. 12. Cấu hình lưới sau khi tái cấu hình .........................................................52
Hình 4. 13. Lắp đặt thêm trạm vào khu vực 1...........................................................53
Hình 4. 14. Tái cấu hình sau khi lắp đặt thêm trạm vào khu vực 1 ..........................54
Hình 4. 15. Lắp đặt trạm vào khu vực 2....................................................................55
Hình 4. 16. Tái cấu hình sau khi lắp đặt trạm vào khu vực 2 ...................................56
Hình 4. 17. Lắp đặt trạm vào khu vực 3....................................................................57
Hình 4. 18. Tái cấu hình sau khi lắp đặt trạm vào khu vực 3 ...................................58


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2. 1. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới ...................................... 8
Bảng 2. 2. Đặc tính của địa điểm đặt trạm biến áp ........................................................ 13
Bảng 2.3. Bảng giá thành san lấp đất và độ dốc với nhiều loại đất khác nhau ............. 15
Bảng 4. 1. Số liệu của phụ tải......................................................................................... 37

Bảng 4. 2. Tổn thất công suất của lưới điện khi vận hành bình thường ........................ 38
Bảng 4. 3. Dịng điện tính tốn khi đóng khóa điện 5-6, đường dây 7-6. ...................... 39
Bảng 4. 4. Tổn thất công suất khi vận hành với khóa mở 8-9, đường dây 7-8 .............. 41
Bảng 4. 5. Tổn thất cơng suất khi có trạm biến áp mới trong lưới điện ........................ 43
Bảng 4. 6. Tóm tắt các trường hợp của lưới điện 15 nút ............................................... 45
Bảng 4. 7. Số liệu của phụ tải......................................................................................... 45
Bảng 4. 8. Tổn thất công suất của lưới điện khi vận hành bình thường ........................ 49
Bảng 4. 9. Tóm tắt các trường hợp của lưới điện Trảng Dài ......................................... 59


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU.................................................................................................. 1
1.1 Đặt vấn đề .............................................................................................................. 1
1.2 Nội dung nghiên cứu.............................................................................................. 3
1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài .................................................................................... 4
1.4 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................... 4
1.5 Phương pháp giải quyết bài toán ........................................................................... 4
1.6 Điểm mới của đề tài ............................................................................................... 4
1.7 Giá trị thực tiễn của đề tài ...................................................................................... 4
1.8 Bố cục của chuyên đề ............................................................................................ 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 5
2.1 Lưới điện phân phối ............................................................................................... 5
2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối ............................................................... 5

2.1.2 Vận hành hở lưới điện phân phối................................................................. 6
2.1.3 Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối ở góc độ vận hành ................ 7
2.1.4 Thực trạng lưới phân phối ........................................................................... 8
2.2 Trạm biến áp ........................................................................................................ 11
2.2.1 Các trạm biến áp ......................................................................................... 11
2.2.2 Vai trò trạm biến áp trong hệ thống điện.................................................... 11
2.2.3 Vị trí trạm biến áp....................................................................................... 12
2.2.4 Địa điểm đặt trạm biến áp .......................................................................... 12
2.2.5 Diện tích khả dụng...................................................................................... 14
2.2.6 Địa hình, địa thế ......................................................................................... 14


2.2.7 Các tính chất về địa lý và địa chất của đất ................................................. 15
2.2.8 Lối ra, vào trạm .......................................................................................... 16
2.3 Các phương pháp tái cấu hình lưới điện [3] ........................................................ 16
2.3.1 Giới thiệu .................................................................................................... 16
2.3.2 Mơ hình tốn học của DNRC: .................................................................... 18
2.3.3 Phương pháp Heuristic [5] ......................................................................... 19
2.3.3.1 Phương pháp trao đổi nhánh đơn giản............................................ 19
2.3.3.2 Mơ hình dịng chảy tối ưu .............................................................. 19
2.2.4 Phương pháp tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method [6] ............ 20
2.4 Các phương pháp xác định tổn thất công suất [7]–[11] ....................................... 22
2.4.1 Phương pháp xác định theo τ...................................................................... 22
2.4.2 Phương pháp xác định theo τp và τq ........................................................... 24
2.4.3 Tính bằng phương pháp 2τ ......................................................................... 24
2.4.4 Phương pháp hệ số phụ tải [12] .................................................................. 25
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT ............................................................... 27
3.1 Giới thiệu ............................................................................................................. 27
3.1.1 Đánh giá mức độ cân bằng pha trên lưới điện ............................................ 27
3.1.2 Đánh giá mức độ giảm điện trở đơn vị ....................................................... 28

3.1.3 Tái cấu hình lưới ......................................................................................... 28
3.1.4 Tăng điện áp vận hành ................................................................................ 28
3.1.5 Xây dựng thêm nối tuyến ........................................................................... 29
3.1.6 Bù công suất phản kháng ............................................................................ 29
3.1.7 Cấy thêm trạm biến áp ................................................................................ 29
3.2. Phương pháp đề xuất .......................................................................................... 29
CHƯƠNG 4: VÍ DỤ KIỂM TRA ............................................................................... 37
4.1 Lưới điện 7 nhánh, 1 nguồn ................................................................................. 37
4.2 Lưới điện P. Trảng Dài – Biên Hòa – Đồng Nai ................................................. 45
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ........................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO



1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Đặt vấn đề
Với tốc độ tăng trưởng của phụ tải cao nên lưới điện thường xuyên phải đối
mặt với tình trạng quá tải và điện áp thấp, ngoài ra trong những năm gần đây ngành
điện lại đang tiếp nhận hệ thống lưới điện nông thôn, trong điều kiện địa bàn cấp
điện rộng, địa hình phức tạp, phân bố phụ tải không đồng đều giữa các vùng, thời
tiết diễn biến phức tạp, lưới điện cũ nát, tồn tại nhiều cấp điện áp trung áp (35, 22,
10, 6 kV), tốc độ tăng trưởng phụ tải cao (từ 2001- 2014 tăng trưởng trung bình xấp
xỉ 14%/năm), biểu đồ phụ tải xấu (chênh lệch công suất giữa cao điểm và thấp điểm
ngày lên đến 50 - 60%), các phụ tải cơng nghiệp có u cầu rất khắt khe về độ ổn
định cung cấp điện và chất lượng điện năng. Sự mất cân đối giữa tăng trưởng phụ
tải và đầu tư cải tạo lưới điện trong nhiều năm qua (kể cả lưới điện truyền tải) là
vấn đề mà ngành điện đang phải đối diện dẫn đến tổn thất điện năng lớn, sự cố
nhiều và độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện thấp. Một số giải pháp nhằm giảm

tổn thất trên lưới phân phối. Mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối địi hỏi
phải có nhiều giải pháp đồng bộ, trong đó có cả các biện pháp quản lý, hành chính
nhằm giảm cả tổn thất thương mại, sau đây xin giới thiệu một số biện pháp nhằm
giảm tổn thất như sau:
+ Biện pháp quản lý kỹ thuật - vận hành: Không để quá tải đường dây, máy
biến áp, thường xuyên theo dõi các thông số vận hành lưới điện, tình hình tăng
trưởng phụ tải để có kế hoạch vận hành, cải tạo lưới điện, hoán chuyển máy biến
áp đầy, non tải một cách hợp lý, không để quá tải đường dây, quá tải máy biến áp
trên lưới điện. Đảm bảo vận hành phương thức tối ưu: Thường xuyên tính tốn
kiểm tra đảm bảo phương thức vận hành tối ưu trên lưới điện. Đảm bảo duy trì điện
áp trong giới hạn cao cho phép theo quy định hiện hành và khả năng chịu đựng của
thiết bị. Kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện ở tình trạng vận hành tốt.Thực hiện kiểm tra
bảo dưỡng lưới điện đảm bảo các tiêu chuẩt kỹ thuật vận hành. Thực hiện tốt công
tác quản lý kỹ thuật vận hành ngăn ngừa sự cố: Đảm bảo lưới điện khơng bị sự cố
để duy trì kết dây cơ bản có TTĐN thấp. Thực hiện vận hành kinh tế máy biến áp:
Đối với các khách hàng có TBA chuyên dùng mà tính chất của phụ tải hoạt động
theo mùa vụ, đơn vị kinh doanh bán điện phải vận động, thuyết phục khách hàng


2

lắp đặt thêm MBA có cơng suất nhỏ riêng phù hợp phục vụ cho nhu cầu này hoặc
cấp bằng nguồn điện hạ thế khu vực nếu có điều kiện để tách MBA chính ra khỏi
vận hành. Hạn chế các thành phần khơng cân bằng và sóng hài bậc cao: Thực hiện
kiểm tra đối với khách hàng gây méo điện áp trên lưới điện. Trong điều kiện gây
ảnh hưởng lớn đến méo điện áp, yêu cầu khách hàng phải có giải pháp khắc phục.
+ Đảm bảo phụ tải đúng với từng đường dây, từng khu vực. Giảm tổn thất
điện năng luôn là mục tiêu quan trọng của các đơn vị Điện lực, vì vậy ngồi các
biện pháp và giải pháp truyền thống thì việc tiếp cận và làm chủ cơng nghệ cũng là
biện pháp đang đem lại hiệu quả giúp nâng cao năng lực cho công tác giám sát và

vận hành lưới điện để giảm tổn thất.
Hiện nay có nhiều biện pháp để giảm tổn thất cơng suất trong q trình phân
phối điện năng như: bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành lưới điện
phân phối, hoặc tăng tiết diện dây dẫn... Tuy nhiên, các biện pháp này đều mang
tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị khi thực
hiện. Mục tiêu đặt ra là giảm tổn thất công suất, cấy thêm trạm biến áp kết hợp với
tái cấu trúc hình lưới điện phân phối phù hợp cịn có thể nâng cao chất lượng điện,
hạn chế sụt áp ở cuối đường dây và giảm thiểu rủi ro cho các hộ tiêu thụ điện khi
có sự cố mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa, bảo đưỡng đường dây.
Trong khi đó, biện pháp tái cấu hình lưới thơng qua việc chuyển tải bằng cách
đóng/mở các cặp khố điện có sẵn trên lưới kết hợp với việc cấy thêm trạm biến áp
nhằm mở rộng lưới phối khi phụ tải tăng dần cũng có thể giảm tổn thất điện năng
đáng kể khi đạt được cân bằng công suất giữa các tuyến dây và đáp ứng với việc
phụ tải tăng dần mà khơng cần nhiều chi phí để cải tạo tồn bộ lưới điện và từ đó
lựa chọn hình lưới vận hành trong một thời gian dài để vận hành nhằm mang lại
tính khả thi về kỹ thuật và mang lại lợi ích kinh kế. Ngồi mục tiêu giảm tổn thất
công suất, cấy thêm trạm biến áp kết hợp tái cấu trúc lưới điện phân phối phù hợp
cịn có thể nâng cao khả năng mang tải của lưới điện, làm giảm sụt áp cuối đường
dây và giảm thiểu rủi ro cho một số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay
khi cần sửa chữa đường dây.
Trong thực tế việc mở rộng lưới điện thông qua cấy thêm trạm là việc lựa chọn
vị trí để cấy thêm trạm biến áp cần phải thực hiện thỏa mãn về các yêu cầu kỹ thuật
ràng buộc về điện áp, dịng điện, độ tin cậy, thuận lợi về thi cơng, tính khả thi của


3

việc mở rộng… Trong khi đó, việc tái cấu hình lưới điện trong điều kiện phải thoả
mãn các ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khoá điện trên lưới điện phân phối là điều
vơ cùng khó khăn đối với các điều độ viên. Do đó, để kết hợp việc tái cấu hình có

xem xét đến cấy thêm trạm biến áp luôn cần một phương pháp đề xuất phù hợp với
lưới điện phân phối thực tế và cần có một giải thuật đủ mạnh để kết hợp việc cấy
thêm trạm biến áp kết hợp với tái cấu trúc lưới nhằm đạt được mục tiêu giảm tổn thất
công suất trong lưới điện phân phối. Do đó, việc xây dựng một giải thuật tái cấu hình
lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất khi các phụ tải thay đổi nhằm mang
lại hiệu quả kinh tế của lưới điện Việt Nam. Trên cơ sở những kết quả của các cơng
trình được nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài:
Như vậy, việc tìm ra vị trí cấy trạm kết hợp với tái cấu hình lưới điện phân phối
bằng giải thuật tái cấu hình nhằm tìm ra cấu hình tốt nhất với mục tiêu tổn thất công
suất là bé nhất cũng như mang lại các lợi ích khác như có thể nâng cao khả năng mang
tải của lưới điện, làm giảm sụt áp cuối đường dây và giảm thiểu rủi ro cho một số
lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây. Trên cơ
sở những kết quả của các cơng trình nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài “Xây
dựng giải thuật và dung lượng trạm biến áp 22/0,4kv cấy mới để giảm tổn thất công
suất tác dụng trên lưới 0,4kv”, với mục đích nghiên cứu, áp dụng thuật tốn nhằm
để lưới điện phân phối vận hành với tổn thất công suất là bé nhất nhằm mang lại lợi
ích cho Cơng ty quản lý lưới điện nói riêng và ngành điện nói chung.

1.2 Nội dung nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là chọn một giải thuật phù hợp nhằm với vị trí, dung lượng
phù hợp để cấy thêm trạm biến áp với tổn thất cơng suất là bé nhất.
 Tìm hiểu các nội dung cơ bản về lưới điện phân phối, lưới điện hạ thế, trạm
biến áp.
 Tìm hiểu về các giải thuật tái cấu hình lưới điện kết hợp với việc chọn vị trí
và dung lượng cấy trạm biến áp.
 Đề xuất phương pháp giải quyết bài toán.
 Kiểm tra trên lưới phân phối cụ thể trên phần mềm PSS- ADAP để kiểm
chứng..

4

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu việc: Đề xuất vị trí và dung lượng trạm biến
áp cấy vào lưới điện nhằm giảm tổn thất trên lưới điện hạ thế.

1.4 Phạm vi nghiên cứu
- Vị trí và dung lượng của trạm biến áp
- Thuật tốn tái cấu hình.
- Đề xuất phương pháp giải quyết bài toán.
- Sử dụng phần mềm PSS- ADEPT kiểm chứng.

1.5 Phương pháp giải quyết bài toán
-

Khảo sát một lưới điện.

-

Đề xuất các phương án giải quyết bài toán.

1.6 Điểm mới của đề tài
- Đề xuất giải thuật.
- Áp dụng kiểm tra trên lưới điện.

1.7 Giá trị thực tiễn của đề tài
- Cung cấp một phương pháp cấy thêm trạm biến áp có xét đến tái cấu hình lưới
điện.
- Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu.

1.8 Bố cục của chuyên đề
Đề tài gồm 5 chương
Chương 1 : Mở đầu
Chương 2 : Cơ sở lý thuyết
Chương 3 : Phương pháp đề xuất
Chương 4 : Ví dụ kiểm tra
Chương 5 : Kết luận
Tài liệu tham khảo


5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Lưới điện phân phối
2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối
Hệ thống điện phân phối là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạm
biến thế trung gian đến khách hàng. Đường dây truyền tải thường được vận hành
mạch vòng hay mạch tia, cịn các đường dây phân phối điện ln được vận hành hở
trong mọi trường hợp. Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử
dụng loại relay quá dòng. Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các
tuyến dây đều có các mạch vịng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ
một trạm biến áp trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố.
Việc khôi phục lưới được thực hiện thơng qua các thao tác đóng/cắt các cặp khố
điện nằm trên các mạch vịng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khố điện.
Một đường dây phân phối ln có nhiều loại phụ tải khác nhau và các phụ tải
này được phân bố không đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm
đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì
vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải khơng bằng phẳng và ln có sự chênh lệch
công suất tiêu thụ. Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới
điện phân phối [1].

Để giảm tổn thất điện năng và chống quá tải trên đường dây, các điều độ viên
sẽ thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khố điện
hiện có trên lưới. Vì vậy, trong q trình thiết kế, các loại khố điện sẽ được lắp đặt
tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khố này vừa có thể giảm chi phí
vận hành và vừa giảm tổn thất điện năng. Hay nói cách khác, hàm mục tiêu trong quá
trình vận hành lưới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành bao gồm cả chi phí
chuyển tải và tổn thất điện năng.
Bên cạnh đó, trong q trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất
hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thể.
Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thoả mãn các điều kiện:
-

Cấu trúc vận hành hở.

-

Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện trong phạm vi sụt áp cho phép.

-

Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp.


6

-

Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác khơng bị q tải.
Hình 2.1 mơ tả một lưới điện phân phối đơn giản gồm có 2 nguồn và nhiều khoá

điện. Khoá SW1, SW5 và RC3 ở trạng thái mở để đảm bảo lưới điện vận hành hở.
Các đoạn tải LN2 và LN6 nằm ở cuối lưới của nguồn điện SS2. Để cải thiện chất
lượng điện năng ở cuối lưới, bộ tụ bù được lắp giữa LN4 và SW2 và máy biến thế
điều áp được lắp giữa LN3 và LN9. Tất nhiên, các thiết bị này đều có thể được vận
hành ở chế độ thông số không đổi trong thời gian vận hành hay thông số thay đổi
bằng cách điều khiển từ xa hay tại chỗ.
RC1
LN11

LN2

SW5

SW1
LN3
LN1
LN12

LN10

SS1

RC4

T1

LN13

LN4

CB1
LN8

SW4
CB2

SW3

C1

SS2
SW6

LN16

SW2
LN7
LN14

SW8
LN15

LN5

SW7

LN6

RC3

Hình 2. 1. Lưới điện phân phối đơn giản
Khi vận hành hệ thống điện phân phối như Hình 2.1, có thể giảm tổn thất điện
năng bằng cách chuyển một số tải từ nguồn SS2 sang nguồn SS1, ví dụ: đóng RC3
và mở SW2 để chuyển các đoạn tải LN5 và LN6 từ nguồn SS2 sang SS1. Việc phân
tích lựa chọn các cách chuyển tải này là nội dung của các giải thuật tái cấu trúc lưới.
Trên lưới điện phân phối thực tế có hàng trăm khố điện, việc tìm ra cách chuyển tải
tốt nhất trong tổ hợp các khoá điện khi chuyển tải sẽ cần một thời gian rất dài và còn
phải xem xét đến các điều kiện ràng buộc kỹ thuật. Vì vậy cần thiết phải có một giải
thuật tái cấu trúc lưới để có thể nhanh chóng tìm ra cấu trúc vận hành tốt nhất cho
lưới điện theo các mục tiêu điều khiển.

2.1.2 Vận hành hở lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối thường được vận hành hở vì lưới phân phối có các nét
đặc trưng như sau [2]:
-

Số lượng phần tử như lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lưới phân phối nhiều

hơn lưới truyền tải từ 5-7 lần nhưng mức đầu tư chỉ hơn từ 2-2.5 lần


7

-

Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với cơng suất nhỏ và nằm trên diện

rộng, nên khi có sự cố, mức độ thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện ở lưới điện phân
phối gây ra cũng ít hơn so với sự cố của lưới điện truyền tải.
Do những nét đặc trưng trên, lưới điện phân phối cần vận hành hở dù có cấu trúc

mạch vịng vì các lý do như sau:
-

Tổng trở của lưới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành

vòng kín nên dịng ngắn mạch bé khi có sự cố. Vì vậy chỉ cần chọn các thiết bị đóng
cắt có dòng ngắn mạch chịu đựng và dòng cắt ngắn mạch bé, nên mức đầu tư giảm
đáng kể.
-

Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại relay đơn giản rẻ

tiền như relay quá dòng, thấp áp… mà không nhất thiết phải trang bị các loại relay
phức tạp như định hướng, khoảng cách, so lệch… nên việc phối hợp bảo vệ relay trở
nên dễ dàng hơn, nên mức đầu tư cũng giảm xuống.
-

Chỉ cần dùng cầu chì tự rơi (FCO) hay cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải (LBFCO)

để bảo vệ các nhánh rẽ hình tia trên cùng một đoạn trục và phối hợp với Recloser để
tránh sự cố thoáng qua.
-

Khi sự cố, do vận hành hở, nên sự cố không lan tràn qua các phụ tải khác.

-

Do được vận hành hở, nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến dây dễ dàng

hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố.

-

Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương án kinh tế là các

lưới hình tia.

2.1.3 Các bài tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối ở góc độ vận hành
Các bài tốn vận hành lưới điện phân phối mô tả các hàm mục tiêu tái cấu trúc
lưới điện như sau:
- Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi
phí vận hành bé nhất.
- Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để
tổn thất điện năng bé nhất.
- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công suất bé
nhất.


8

- Bài toán 4: Tái cấu trúc 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 tốn 5: Khơi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.
- Bài toán 6: Xác định cấu trúc 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 trúc vận hành của một lưới điện phân phối 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 trúc theo đặc điểm lưới điện
phân phối.

Bảng 2. 1. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới
Tên bài toán
Khoá điện được điều khiển từ xa

Đặc điểm lưới điện

Chi phí chuyển tải thấp, khơng mất
điện khi chuyển tải

1

2

4

5

















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

3





6



















2.1.4 Thực trạng lưới phân phối
Hiện nay, lưới phân phối hiện nay của Việt Nam có nhiều cấp điện áp khác
nhau, chi phí chuyển tải lớn và phải cắt điện khi chuyển tải vì:
-

Do lịch sử phát triển, ở mỗi miền đất nước 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) khơng được điều khiển từ xa và có số lượng
khơng đáng kể nên chí phí đóng/cắt lớn và thời gian chuyển tải lâu.


9

-

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 cơng tác sửa chữa các mạch vòng truyền tải.

-

Tái cấu trúc 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 lưới điện phân phối phù hợp với điều

kiện Việt Nam hiện nay có thể đề nghị như sau:
-

Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất
điện năng bé nhất – bài toán 2.

-

Tái cấu trúc 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 tốn 4.

-

Khơi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa – bài toán 5.

-

Xác định cấu trúc 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 trúc lưới thống điện phân phối, trước tiên phải xây

dựng hàm mục tiêu. Ví dụ mục tiêu là cực tiểu hóa tổn thất cơng suất trên tồn hệ
thống. Vấn đề tái cấu trúc hệ thống cũng tương tự như việc tính tốn phân bố cơng
suất tối ưu. Tuy nhiên, tái cấu trúc yêu cầu một khối lượng tính tốn lớn do có nhiều
biến số tác động đến các trạng thái khóa điện và điều kiện vận hành như: Lưới điện
phân phối 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 trúc
lưới là bài tốn qui hoạch phi tuyến rời rạc theo dịng cơng suất chạy trên các nhánh,
như sau:
n n

Cực tiểu hàm F =   C ijL ij
i 1 j1

(2-1)


10

Thoả mãn:
n

 Sij  D j

(2-2)

i1

 Sij max

Sij

(2-3)

DVij  DVij max

(2-4)

n

 Sft  Sft . max

(2-5)

  ft  1

(2-6)

ft

ft

Với:

n

:

Số nút tải có trên lưới.

Cij

:

Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ij

Lij

:

Tổn thất của nhánh nối từ nút i đến nút j

Sij

:

Dịng cơng suất trên nhánh ij

Dj

:

Nhu cầu công suất điện tại nút j

DVij :

Sụt áp trên nhánh ij

Sft

:

Dịng cơng 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

Hàm mục tiêu (2-1) thể hiện tổng tổn thất cơng suất trên tồn lưới phân phối,
có thể đơn giản hố hàm mục tiêu bằng cách xét dịng cơng suất nhánh chỉ có thành
phần cơng 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 (2-6).
Với mơ tả trên, tái cấu trúc hệ thống lưới điện phân phối là bài toán qui hoạch

phi tuyến rời rạc. Hàm mục tiêu bị gián đoạn, rất khó để giải bài tốn tái cấu trúc bằng
phương pháp giải tích tốn học truyền thống.


11

2.2 Trạm biến áp
2.2.1 Các trạm biến áp
Trạm biến áp là một phần tử quan trọng trong hệ thống điện, dung lượng các
trạm biến áp trong toàn hệ thống điện lớn hơn gấp nhiều lần dung lượng các nhà máy
điện. Các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện phụ thuộc nhiều vào: dung
lượng; vị trí; số lượng; phương thức vận hành… của các trạm biến áp.
- Theo cấp điện áp ta có các trạm biến áp như sau:
+ Cấp cao áp:
500 kV – dùng cho hệ thống điện quốc gia, nối liền ba miền.
220 kV – dùng cho lưới điện truyền tải; lưới điện khu vực
110 kV – dùng cho lưới điện phân phối; cung cấp cho phụ tải lớn
Các lưới điện này đều là lưới điện ba pha trung điểm nối đất trực tiếp
+ Các trung áp:
22 kV – lưới điện ba pha, trung điểm nối đất trực tiếp
35 kV – lưới điện ba pha, trung điểm cách đất
Dùng cho lưới điện địa phương, cung cấp điện cho các phụ tải vừa và nhỏ
hoặc các khu dân cư; dùng làm lưới điện phân phối trong các khu công nghiệp… Do
lịch sử để lại, hiện nay nước ta (tại một số địa phương) cấp trung áp còn dùng: 35 kV;
15 kV; 10 kV; 6.6 kV; … Nhưng trong tương lai các cấp điện áp nêu trên sẽ được cải
tạo, để dùng thống nhất một cấp: 22 kV hoặc 35 kV
+ Cấp hạ áp:
220/380V – Lưới điện ba pha, trung tính nối đất trực tiếp
110/220V – Lưới điện một pha hai dây và một pha ba dây
- Có thể phân chia trạm biến áp theo hình thức và cấu trúc của trạm biến áp

2.2.2 Vai trò trạm biến áp trong hệ thống điện
Trạm biến áp đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, nó làm
nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng từ nơi sản xuất (nhà máy điện) đến nơi
tiêu thụ (phụ tải điện). Hầu hết các nhà máy điện đều nằm ở xa nơi tiêu thụ, phụ thuộc
vào nguồn thủy năng của thiên nhiên. Vấn đề đáng quan tâm là việc truyền tải điện
năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ gây ra phí tổn cơng suất rất lớn trên đường
truyền.


12

P 

P2  Q2
P2  Q2
*
R

.r0 .l 0
U2
U2

Chiều dài đường dây càng lớn ( l0 ) thì P càng lớn, nếu công suất yêu cầu
(P,Q) của phụ tải càng lớn thì P càng lớn.
Vấn đề đặt ra ở đây làm thế nào để giảm lượng công suất tổn thất trên đường
truyền thì người ta mới đưa ra giải pháp là tăng điện áp lên cao, nhưng cao là bao
nhiêu thì chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể hơn ở các phần sau. Chính vì thế mà các trạm
biến áp xuất hiện khắp nơi trong hệ thống điện: trạm tăng áp, trạm trung gian, trạm
hạ áp….

2.2.3 Vị trí trạm biến áp
 Gần tâm phụ tải
o Giảm chi phí đầu tư và tổn thất năng lượng
o Giảm chi phí giải toả đền bù
 Đảm bảo tính khả thi
 Thuận lợi cho việc vận chuyển và thi công trạm biến áp
o Đường bộ, đường thuỷ
o Xây dựng đường công vụ ở những nơi chưa mở đường
 Thuận lợi cho việc thiết kế và thi công các lộ vào và ra
o Rất quan trọng với các trạm trong thành phố
 An toàn vận hành
 Có khả năng mở rộng
 Khơng ảnh hưởng đến mơi trường xung quanh
o Tiếng ồn, ơ nhiễm dầu
o Phịng cháy chữa cháy
o Nhiễm từ

2.2.4 Địa điểm đặt trạm biến áp
Việc chọn lựa địa điểm thích hợp cho trạm là một công việc tổng hợp trên nhiều
yếu tố: kỹ thuật, kinh tế, mơi trường, quản lý hành chính. Lưu đồ hướng dẫn cho việc
chọn lựa địa điểm trạm được chỉ ra như Hình 2.2. Vấn đề ở đây là phải chọn lựa được
một vị trí có diện tích đủ lớn, nơi mà sẽ được sử dụng để xây dựng trạm, với các


13

thông số được cho trước như: số mạch, các đường dây đến và dây đi, và công suất
danh định của các MBA.
Nói chung trên một vùng, thời tiết và độ cao so với mặt nước biển gần như là

không đổi, nhưng khả năng xảy ra động đất và mức độ ô nhiễm có thể khác nhau.
Bước đầu tiên là định vị được vị trí tổng thể, càng chi tiết càng tốt, có khơng gian đủ
lớn, với giá thành hợp lý, thuận tiện cho việc đi lại và không vi phạm hành lang an
toàn lưới điện. Sẽ thuận lợi hơn nếu vị trí các trạm gần nơi có đường dây đi qua hay
giao nhau. Trên thực tế có thể khơng tồn tại những địa điểm lý tưởng như ý muốn,
chúng chỉ thỏa mãn được vài điểm trong số các tiêu chuẩn đề ra. Những tác dụng và
ảnh hưởng của những đặc tính quan trọng nhất của địa điểm được chỉ ra như Bảng
2.2 dưới đây:
Bảng 2. 2. Đặc tính của địa điểm đặt trạm biến áp
Đặc điểm vị trí

Ảnh hưởng đến vấn
đề thiết kế trạm

Các ảnh hưởng liên quan

Diện tích đất

Sơ đồ mặt bằng

Giá thành đắt

Địa hình, địa thế

Cách bố trí cấu trúc trạm Thể tích đất di dời

Đặc tính địa chất của đất Kết cấu móng và hệ Giá thành thi cơng móng
Các tính chất thủy học

thống lưới nối đất

Lối ra vào trạm

Ít ảnh hưởng

Giá thành HT thốt nước

Ít ảnh hưởng

Giá thành xây dựng và khi
nâng cấp trạm

Hành lang đường dây

Sơ đồ mặt bằng trạm

Giá thành kết nối với thiết bị
ngồi trạm và độ tin cậy

Ơ nhiễm

Vấn đề vệ sinh thiết bị Giá thành thiết bị ảnh hưởng
và các phần cách điện

đến độ tin cậy

Các liên quan về môi Việc bố trí hợp lý cảnh Giá thành chuẩn bị địa điểm,
trường

quan chung của trạm

giá thành TBĐ cao áp, giá
thành thi công XD

Mức độ địa chấn

Yêu cầu thiết kế đặc biệt Giá thành TBĐ, cấu trúc và

Độ cao so với mực nước Tăng khoảng cách an thi cơng móng trạm
biển

tồn, làm mát phụ trợ

Giá thành thiết bị


14
Hành lang đường
dây

Địa hình

NO

NO

NO
Tiếp tục quan
tam

đạt

NO

NO

Tiếp tục quan
tam

Khơng vi phạm

dừng

YES

Lối ra vào trạm

dừng

YES

Xem xét về không
gian và địa lý

dừng

YES

YES

YES

NO
Tiếp tục quan
tam

đạt

YES

Xem xét về không
gian và địa lý

Xem xét về không
gian và địa lý

Diện tích đất
NO
Tiếp tục quan
tam

Tương thích

NO
Có hiệu quả

Tiếp tục quan
tam

Thực hiện hiệu chỉnh

cần thiết

NO
dừng
NO

YES

YES

YES

Ước tính diện
tích

dừng

YES

Nghiên cứu khả thi và
dự tính DT đất

Các vấn đề địa
lý địa chất

Các vùng lân
cận

Giá đất

NO
Tương thích
NO
Hợp lý

Tiếp tục quan
tam

YES
Tiếp tục quan
tam

Thực hiện hiệu chỉnh
cần thiết

NO

YES

dừng
NO

dừng
YES

YES
So sánh giá thành với
các phương án chọn địa
điểm khác

Các điều
kiện khác

Hình 2. 2. Lưu đồ cho việc chọn địa điểm trạm

2.2.5 Diện tích khả dụng
Các yếu tố đầu tiên để dự tính diện tích khả dụng cho trạm là căn cứ vào sơ đồ
nối dây được lựa chọn. Dự tính này có thể biến đổi tùy vào từng địa hình cụ thể, các
xuất tuyến liên quan và các ràng buộc về lối ra vào trạm.

2.2.6 Địa hình, địa thế
Khu vực xây trạm phải thuận tiện cho nhiều mục đích khác nhau, từ việc xây
lắp, vận chuyển thiết bị, đến việc thuận tiện cho việc đấu nối các ngăn lộ và xuất
tuyến, ngồi ra phải có khả năng thoát nước như yêu cầu. Để xác định được mặt bằng
trạm như yêu cầu là việc làm mất nhiều thời gian và chi phí, vì vậy tốt hơn là tìm
được vị trí đủ phẳng và khơng bị úng ngập trong mọi điều kiện thời tiết.
Ngoài ra cần chú ý đến địa hình đồi núi vì có thể phải cần đến một số việc để
san lấp mặt bằng và ảnh hưởng của địa hình về khơng gian. Ở các vùng đồi núi, trạm


15

được đặt càng xa càng tốt những nơi có thể xảy ra tuyết hoặc đất lở, kích thước của
trạm có thể bị hạn chế do kinh phí giải quyết các vấn đề về địa hình.
Một giải pháp khác để giảm chi phí san lấp mặt bằng là chia trạm làm nhiều
phần khác nhau, cách này có thể làm tăng diện tích được san lấp, nhưng vẫn giảm
được khối lượng đất di dời. Tuy nhiên, khi đó vấn đề khoảng cách giữa các phần của
trạm có thể gây nên một số khó khăn về mặt vận hành, kết nối, nhưng cũng có ưu
điểm là cho phép đường dây đến từ nhiều hướng khác nhau, và giải quyết được các
vấn đề về hành lang an tồn điện.

2.2.7 Các tính chất về địa lý và địa chất của đất
Đất khu vực trạm phải cho phép thỏa mãn các yêu cầu về các kết cấu móng
trong trạm và xây dựng đường đi cho trạm. Áp lực bề mặt nhỏ nhất phải chịu được là
50 kN/m2. Chỉ cần có sự tồn tại của các nhược điểm về địa lý là đủ để loại bỏ phương
án chọn lựa địa điểm trạm.
Nếu trạm nằm trên các khu vực có mìn cịn vướng lại hiện trường vì nhiều lý do
khác nhau, có thể gây nên các sự cố rất nghiêm trọng và những vị trí như vậy cần hết
sức tránh.
Vấn đề hệ quả do các vấn đề về địa lý và địa chất gây ra. Việc so sánh về giá
thành được nêu rõ trong Bảng dưới đây. Việc đo điện trở đất là việc làm cần thiết
trước khi xây lắp. Ngồi ra, việc tăng diện tích trạm và tăng cường hệ thống lưới nối
đất cũng là những công việc cần thiết.
Bảng 2.3. Bảng giá thành san lấp đất (tính trên m3) và độ dốc với nhiều loại đất khác nhau

Loại đất

Biện pháp xử lý

Giá thành xử lý mặt

Độ nghiêng

bằng (theo tỷ lệ)
Cát

San ủi

1

1:2

Đất sét

San ủi

1.5 – 2

1 : 1.5

Đá (viên rời)

San ủi

2 – 2.5

1:1

Đá tảng cứng

Cho nổ

4-5

1 : 0.5


16

2.2.8 Lối ra, vào trạm

Với những thiết bị siêu trường, siêu trọng như MBA lực hay kháng điện công
suất lớn, việc vận chuyển là vấn đề đáng quan tâm.
Với các MBA lực, với kích thước và khối lượng rất lớn, phải có phương án
nghiên cứu cụ thể để đảm bảo việc vận chuyển an toàn từ nơi sản xuất đến trạm.
Phương án vận chuyển thiết bị phải được nghiên cứu trong mọi trường hợp thiết bị đi
vào và đi ra khỏi trạm trong suốt thời gian tồn tại của trạm. Những vướng mắc nhỏ
có thể giải quyết bằng cách thay đổi loại MBA, hoặc sử dụng phương tiện vận chuyển
thích hợp khác hoặc tăng cường cầu đường tạm thời.
Trong những trường hợp nan giải, có thể dùng 3 MBA 1 pha thay cho 1 MBA
3 pha, tuy làm tăng số lượng MBA nhưng việc vận chuyển từng MBA 1 pha sẽ dễ
dàng hơn. Hoặc trong một số trường hợp đặc biệt, việc sửa chữa nâng cấp quãng
đường để vận chuyển cũng là việc làm cần thiết. Một khía cạnh nữa cũng cần quan
tâm là đường đi lối lại cho nhân viên vận hành trạm (đối với trạm có người ĐK) hay
để thuận tiện cho các đội sửa chữa, bảo dưỡng (với những trạm vận hành tự động).

2.3 Các phương pháp tái cấu hình lưới điện [3]
2.3.1 Giới thiệu
Tái cấu hình lưới điện phân phối cũng là một phần trong vận hành hệ thống
điện. Lưới điện phân phối là một phần rộng lớn nhất của hệ thống điện. Chúng gây
ra tổn thất cơng suất lớn vì có mức điện áp thấp. Mục tiêu tái cấu hình của lưới điện
phân phối là tìm một cấu trúc vận hành hình tia có tổn thất công suất bé nhất với các
điều kiện hoạt động bình thường. Thơng thường, lưới điện phân phối được hình thành
khi các mạng liên kết với nhau, trong khi hoạt động chúng sắp xếp thành một cấu trúc
cây hình tia. Điều này có nghĩa là hệ thống phân phối được chia thành nhiều hệ thống
con, trong đó có chứa một số các khóa điện thường đóng và một số các khóa điện
thường mở. Theo lý thuyết đồ thị, lưới điện phân phối có thể được biểu diễn với một
đồ thị của G (N, B) có chứa một tập hợp các nút N và một tập hợp các nhánh B. Mỗi
nút đại diện cho một nút nguồn hoặc một nút nơi nhận, trong khi một nhánh đại diện
cho một đường nhánh có thể tải (khóa điện đóng) hoặc khơng tải (khóa điện mở). Do
cấu trúc lưới điện hình tia, vì vậy mà các nhánh tạo thành một tập dạng cây mà mỗi

nút tải được cung cấp từ duy nhất một nút nguồn. Do đó, bài tốn tái cấu hình lưới
điện phân phối là tìm ra một cấu hình vận hành hình tia mà tổn thất công suất là bé


17

nhất trong khi vẫn thỏa mãn các ràng buộc vận hành. Trong thực tế, tái cấu hình có
thể được xem như là bài toán xác định một dạng cây tối ưu của đồ thị cho trước.
Rất nhiều thuật toán đã được sử dụng để giải bài tốn tái cấu hình: phương pháp
Heuristic, hệ chuyên gia, tối ưu hóa tổ hợp với các nhánh riêng biệt và phương pháp
giới hạn, lập trình tiến hóa hoặc thuật tốn di truyền (GA). Năm 1975, Merlin và Back
là những người đầu tiên đề xuất nhánh riêng biệt và phương pháp giới hạn để giảm
tổn thất trong một lưới điện phân phối. Do tính chất tổ hợp ngẫu nhiên của bài tốn,
nó địi hỏi phải kiểm tra một số lượng lớn các cấu hình cho một hệ thống thực.
Shirmohammadi và Hong đã cải tiến phương pháp Heuristic đề cập trước đó bởi
Merlin và Back. Fan và các cộng sự kỹ thuật Heuristic, tìm kiếm đề xuất để khôi phục
hệ thống và cân bằng tải của nhiều nhánh. Castro và Franca đề xuất các thuật toán
Heuristic điều chỉnh để khôi phục hệ thống và cân bằng tải. Các ràng buộc vận hành
được kiểm tra thông qua giải bài tốn phân bố cơng suất bằng phương pháp NewtonRaphson. Baran và Wu đã trình bày một phương pháp tái cấu hình dựa trên phương
pháp trao đổi nhánh để giảm tổn thất và cân bằng tải trong các nhánh. Để hỗ trợ việc
tìm kiếm, hai phương pháp phân bố cơng suất tương đối với mức độ chính xác khác
nhau được sử dụng. Ngoài ra, họ đề xuất một biểu thức đại số mà cho phép ước lượng
việc giảm tổn thất cho sự thay đổi cấu hình.
Liu và các cộng sự đề xuất một hệ chuyên gia để giải bài toán phục hồi và giảm
tổn thất trong hệ thống phân phối. Mơ hình bài tốn tái cấu hình là bài tốn tối ưu phi
tuyến tổ hợp. Để tìm ra giải pháp tối ưu, cần thiết phải xem xét tất cả các cấu trúc cây
có thể được tạo ra do sự đóng mở của các khóa điện hiện có trong mạng. Nahman và
Strbac trình bày phương pháp Heuristic khác. Thuật tốn bắt đầu từ một mạng rỗng
hoàn toàn, với tất cả các khóa điện và tất cả các tải bị ngắt kết nối. Các điểm tải lần
lượt được kết nối vào các nhánh con hiện có. Kỹ thuật tìm kiếm này cũng khơng đảm

bảo tối ưu tồn cục. Zhu và các cộng sự đề xuất phương pháp dựa trên các quy tắc để
nghiên cứu tái cấu hình lưới điện phân phối (DNRC). Mơ hình DNRC với ràng buộc
cơng suất của đường dây được thiết lập, trong đó mục tiêu là để giảm tổn thất công
suất của hệ thống. Các quy tắc được sử dụng để tái cấu hình tối ưu của lưới điện phân
phối được hình thành dựa trên kinh nghiệm vận hành hệ thống và các loại nhánh
chuyển đổi. Gần đây, các phương pháp mới dựa trên thuật toán di truyền (GA) đã


18

được sử dụng trong DNRC. Các phương pháp dựa trên thuật toán GA tốt hơn so với
các thuật toán Heuristic truyền thống trong việc tìm tối ưu tồn cục.

2.3.2 Mơ hình tốn học của DNRC:
Thơng thường DNRC quan tâm đến bài tốn giảm tổn thất cơng suất [4]. Mơ
hình tốn học của DNRC có thể được thể hiện bởi dịng điện nhánh:
NL

Min f=  kl Rl I l2

l  NL

(2-8)

l 1

klIl  Ilmax

Với

l  NL

Vimin  Vi  Vimax

i N

(2-9)
(2-10)

gi(I,k)=0

(2-11)

gi(V,k)=0

(2-12)

 (k)=0

(2-13)

Trong đó:
Il: Dịng điện trong nhánh l
Rl: Điện trở của nhánh l
Vi: Điện áp nút tại nút i
kl: Đại diện cho trạng thái của các nhánh. kl =1 nếu nhánh l đóng, và kl = 0 nếu
nhánh l mở.
N: Tập nút
NL: Tập nhánh
Trong mơ hình ở trên, biểu thức (2-9) đại diện cho ràng buộc dòng điện nhánh.

Biểu thức (2-10) đại diện cho ràng buộc điện áp nút. Biểu thức (2-11) đại diện cho
Định luật Kirchhoff 1 (KCL), và biểu thức (2-12) đại diện cho Định luật Kirchhoff 2
(KVL). Biểu thức (2-13) đại diện cho ràng buộc về cấu hình hình tia của mỗi cấu hình
xem xét. Nó bao gồm hai ràng buộc:
(a) Tính khả thi: Tất cả các nút trong mạng phải được kết nối bởi một số nhánh,
tức là ở đó khơng có nút nào bị tách biệt.
(b) Hình tia: Số lượng các nhánh trong mạng phải nhỏ hơn so với số lượng các
nút một đơn vị (kl * NL = N - 1)


19

Do đó, cấu hình mạng cuối cùng phải được bố trí hình tia và tất cả các tải vẫn
phải kết nối.

2.3.3 Phương pháp Heuristic [5]
2.3.3.1 Phương pháp trao đổi nhánh đơn giản
Ý tưởng cơ bản của phương pháp đổi nhánh Heuristic là tính tốn sự thay đổi
của tổn thất cơng suất bằng cách vận hành một cặp các khóa điện (đóng một và mở
một khóa điện khác vào cùng một thời điểm). Mục đích là để giảm tổn thất cơng suất.
Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và dễ hiểu. Những nhược điểm:
+ Các cấu hình cuối cùng phụ thuộc vào cấu hình mạng ban đầu.
+ Giải pháp là một tối ưu địa phương, chứ không phải là tối ưu toàn cục.
+ Mất nhiều thời gian cho việc lựa chọn và vận hành từng cặp các khóa điện
cũng như tính tốn phân bố cơng suất trong mạng hình tia tương ứng.
2.3.3.2 Mơ hình dịng chảy tối ưu
Nếu trở kháng của tất cả các nhánh trong mạng được thay thế bởi các điện trở
của nhánh tương ứng, phân bố dịng cơng suất đáp ứng các định luật KCL và KVL
được gọi là một mơ hình dịng chảy tối ưu. Khi phân bố cơng suất trong một vịng kín
là dịng chảy tối ưu, tổn thất công suất trong mạng tương ứng sẽ là nhỏ nhất. Do đó,

ý tưởng cơ bản của mơ hình dịng chảy tối ưu là mở khóa điện của nhánh có dịng
điện thấp nhất trong vịng kín, các bước của thuật tốn Heuristic dựa trên một mơ
hình dịng chảy tối ưu là:
(1) Tính tốn phân bố cơng suất của mạng hình tia ban đầu.
(2) Đóng tất cả các các khóa điện thường mở để tạo thành các mạng vịng.
(3) Tính tốn dịng điện tương đương bơm vào tất cả các nút trong một vịng
thơng qua phương pháp bơm dòng điện.
(4) Thay thế trở kháng của nhánh tương ứng bằng điện trở của nhánh trong các
vịng kín và sau đó tính tốn dịng chảy tối ưu.
(5) Mở khóa điện của nhánh có dịng điện thấp nhất trong vịng kín. Tính tốn
lại phân bố cơng suất phần cịn lại của mạng.
(6) Mở khóa điện trên nhánh tiếp theo và lặp lại bước (5) cho đến khi mạng trở
thành một mạng hình tia.
Những ưu điểm của phương pháp này là: (a) cấu hình mạng cuối cùng sẽ
khơng phụ thuộc vào cấu trúc mạng ban đầu; (b) tốc độ tính tốn nhanh hơn nhiều


20

so với các phương pháp đổi nhánh đơn giản; và (c) bài tốn vận hành khóa điện tổ
hợp phức tạp trở thành một bài toán Heuristic bằng cách mở một khóa điện mỗi lần.
Tuy nhiên, có một số nhược điểm do bởi tất cả các khóa điện thường mở được
đóng trong cấu hình mạng ban đầu, như là:
+ Nếu có nhiều khóa điện thường mở trong một mạng, nó có nghĩa là tính tốn
của dịng chảy tối ưu bao gồm rất nhiều vịng. Giải pháp cuối cùng có thể khơng
được tối ưu do những tác động lẫn nhau giữa các vịng.
+ Khi phân bố cơng suất được giải quyết bằng các phương pháp bơm dịng điện
vào, nó cần phải tính ma trận tổng trở Thevenin tương đương của mạng với nhiều nút.
Điều này sẽ làm tăng gánh nặng tính tốn.
+ Cần phải tính tốn phân bố cơng suất mạng điện kín hai lần cho mỗi lần

chuyển đổi một khóa điện (trước và sau khi mở một khóa điện).

2.2.4 Phương pháp tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method [6]
Giải thuật kiến được đề xuất lần đầu bởi Dorigo vào đầu những năm 1990, sau
đó Carpento và Chicco trình bày một ứng dụng mới của giải thuật tìm kiếm của đàn
kiến cho bài tốn tối ưu tái cấu hình lưới điện phân phối với mục tiêu cực tiểu tổn
thất trên hệ thống phân phối với các ràng buộc trong quá trình vận hành. Phương pháp
này dựa trên hoạt động tìm kiếm thức ăn của một đàn kiến. Ban đầu, số con kiến bắt
đầu từ tổ kiến để đi tìm đường đến nơi có thức ăn. Từ tổ kiến sẽ có rất nhiều con
đường khác nhau để đi đến nơi có thức ăn, nên một con kiến sẽ chọn ngẫu nhiên một
con đường đi đến nơi có thức ăn. Quan sát lồi kiến, người ta nhận thấy chúng tìm
kiếm nhau dựa vào dấu chân mà chúng để lại trên đường đi. Sau một thời gian, lượng
dấu chân của mỗi chặng đường sẽ khác nhau. Do sự tích lũy dấu chân của mỗi chặn
đường cũng khác nhau. Đồng thời với sự bay hơi của dấu chân ở đoạn đường kiến ít
đi. Sự khác nhau này sẽ ảnh hưởng đến sự di chuyển của những con kiến sau đi trên
mỗi đoạn đường. Nếu dấu chân để lại trên đường đi nhiều thì sẽ có khả năng thu hút
các con kiến khác di chuyển trên đường đi đó, những chặng đường cịn lại do khơng
thu hút được lượng kiến di chuyển sẽ có xu hướng bay hơi dấu chân sau một thời gian
qui định. Điều đặc biệt trong cách hành xử loài kiến là lượng dấu chân trên đường đi
có sự tích lũy càng lớn thì cũng đồng nghĩa với việc đoạn đường đó là ngắn nhất từ
tổ kiến đến nơi có thức ăn. Từ khi giải thuật kiến trở thành một lý thuyết vững chắc
trong việc giải các bài tốn tìm kiếm tối ưu tồn cục đã có nhiều ứng dụng thực tế