35_8052

PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 413

NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CỦA CÁC THIẾT BỊ
TỰ ĐÓNG LẠI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Enhance utilization of existing auto recloser
devices in power distribution system
Đặng Diệu Hương, Nguyễn Xuân Tùng,
Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Đồn Kh
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Tóm tắt: Độ tin cậy là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về chất lượng
điện năng trong lưới điện phân phối. Trong các hệ thống điện hiện đại thì độ tin cậy
cung cấp điện ngày càng được xem trọng bởi việc cải thiện độ tin cậy cung cấp điện
làm giảm nhẹ đáng kể thiệt hại của nền kinh tế do ngừng cung cấp điện, cải thiện chất
lượng sản phẩm trong các lĩnh vực. Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện có thể có
nhiều giải pháp khác nhau từ khâu thiết kế qui hoạch đến vận hành, bảo dưỡng trang
thiết bị. Thuật tốn tìm vị trí tối ưu của thiết bị tự đóng lại có xét tới cả ảnh hưởng của
đồ thị phụ tải, tuy nhiên mới xét ở mức độ đơn giản. Thuật tốn tìm vị trí tối ưu đã
được kiểm chứng tính hiệu quả với một lưới điện phân phối cụ thể thơng qua mơ
phỏng.
Từ khóa: Nâng cao độ tin cậy; Tối ưu vị trí đặt máy cắt tự đóng lại; Lưới điện phân
phối; Giải thuật di truyền; Tự đóng lại.
Abstract: Reliability is one of the important criteria for evaluating the quality of power
in distribution grid. In modern power systems, the reliability of power supply is
increasingly being taken into account by improving the reliability of power supply,
which greatly alleviates the damage to the economy by discontinuing power supply,
improving quality products in the fields. In order to improve the reliability of power
supply there may be many different solutions from planning to planning and
maintenance.The algorithm of finding the optimum position of the recloser device
takes into account both the effects of the load graph, however, on a simpler level. The
optimal position finding algorithm has been proven effective with a specific

distribution grid through simulation.
Key words: Reliability improvement; Optimum reclosers placement; Distribution
networks; Genetic algorithm; Recloser.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Nâng cao độ tin cậy là mục tiêu quan trọng đối với lưới phân phối. Việc sử dụng
các thiết bị tự đóng lại (TĐL) hay dao phân đoạn tự động (DPĐTĐ) là giải pháp tốt để
giảm số lần mất điện cũng như giảm thời gian tìm và cách ly sự cố. Do giá thành các
thiết bị rất cao nên để tối ưu về bài kinh tế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật thì cần giải
quyết bài tốn: tối ưu vị trí đặt của các thiết bị TĐL hay DPĐTĐ. Và để xét mức độ ảnh


414 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017
hưởng của sự cố trên lưới, cần tính được chỉ số năng lượng khơng cung cấp được của hệ
thống (ENS), vì thế hàm mục tiêu của bài toán là giá trị nhỏ nhất của ENS. Trong những
năm vừa qua, đã có một số nghiên cứu liên quan về bài tốn xác định vị trí tối ưu của
các thiết bị đóng cắt trên lưới phân phối.
Tài liệu [1] trình bày thuật tốn chọn lựa vị trí tối ưu đặt tự đóng lại (TĐL). Tuy
nhiên, lưới nghiên cứu khá phức tạp và khó kiểm chứng kết quả.
Vấn đề vị trí đặt của máy cắt trong lưới phân phối hình tia thuộc về bài toán tổ
hợp của các vấn đề tối ưu [2].
Tài liệu [3] mô phỏng trên lưới điện phân phối điển hình hình tia 50 nút với hàm
mục tiêu nhằm các hàm chi phí cho lượng điện năng ngừng cung cấp (ENS), chi phí
vịng đời của thiết bị và chi phí bảo dưỡng các thiết bị sử dụng giải thuật bầy đàn và mô
phỏng Monte Carlo để giải bài tốn đặt vị trí tối ưu máy cắt và dao cách ly phân đoạn.
Tài liệu [4] sử dụng giải thuật tiến hóa để giải quyết bài tốn đặt máy cắt tối ưu.
Tuy nhiên, thuật tốn có sử dụng nhiều số liệu thống kê từ q khứ vì vậy khơng phù
hợp cho công tác quy hoạch lưới điện.
Kết quả của thuật tốn xác định số lượng tối ưu, vị trí điểm đặt các thiết bị đóng

cắt chính là số lượng, vị trí và loại thiết bị để nâng cao độ tin cậy của lưới điện, đồng
thời chi phí đầu tư là nhỏ nhất. Về khía cạnh kinh tế các thiết bị đóng cắt làm giảm thời
gian ngừng cung cấp điện của phụ tải.
2. THUẬT TOÁN ĐỀ XUẤT

Hàm mục tiêu nhằm đảm bảo tổng chi phí cho tổng điện năng ngừng cung cấp
điện và chi phí đầu tư là nhỏ nhất:
f  min( Ci .N CB  Ca .ENS _ val )

Trong đó: C i : Chi phí cho đầu tư thiết bị
C a : Chi phí cho lượng điện năng ngừng cung cấp

Điện năng ngừng cung cấp được tính theo cơng thức sau:

ENS =

å å ll .tkl .L k

Trong đó: ll : là suất sự cố của phân đoạn l (lần/năm);

tkl là thời gian phân đoạn k bị ảnh hưởng gây ra do sự cố trên phân đoạn l;
Lk là công suất tải tại nút k ;


PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 415

tkl là thời gian mất điện của nhánh k do sự cố trên nhánh l gây nên (l có thể bằng
k ), khi l bằng k có nghĩa là nhánh k bị sự cố. tkl có thể bằng 0 có thể khác khơng tuỳ
theo cấu hình lưới.
tkl = t1 + t2 + t3

Trong đó: t1 là thời gian phát hiện, thông báo và cách ly sự cố;
t2 là thời gian chuyển mạch;
t3 là thời gian công tác (sửa chữa) của phân đoạn l.

Phần sau đây sẽ thể hiện rõ hơn ý nghĩa là phương thức tính tốn được chỉ tiêu
ENS này với lưới điện hình tia một nguồn cấp. Dựa trên các bước tính tốn chỉ tiêu
ENS này có thể lập trình để đưa vào bài tốn tối ưu vị trí đặt TĐL. Lưu đồ thuật tốn
như trên Hình 1.
3. GIẢI THUẬT DI TRUYỀN

Thuật giải di truyền (GA) là kĩ thuật chung giúp giải quyết vấn đề  bài tốn bằng
cách mơ phỏng sự tiến hố của con người hay của sinh vật nói chung (dựa trên Thuyết
tiến hố mn lồi của Darwin) trong điều kiện quy định sẵn của môi trường. GA là một
thuật giải, mục tiêu không nhằm đưa ra lời giải chính xác tối ưu mà chỉ là tương đối tối ưu
[5].
 Thuật giải di truyền: là một phương pháp giải quyết bài tốn bằng cách mơ
phỏng q trình tiến hố, thích nghi của sinh vật, sử dụng cấu trúc dữ liệu là chuỗi số
nhị phân. Khi đề cập đến thuật giải di truyền tập trung đến khía cạnh thuật giải mà
khơng quan tâm đến cách cài đặt.
 Lập trình di truyền: là kĩ thuật lập trình sử dụng “thuật giải di truyền” để giải
quyết bài tốn trên máy tính. Ngược lại với thuật giải di truyền, lập trình di truyền chỉ
quan tâm đến việc cài đặt thuật toán.
Đối với những bài tốn lớn phức tạp các giải thuật thơng minh đặc biệt là giải
thuật di truyền đem lại hiệu quả cao trong việc tìm nghiệm tối ưu. Lưu đồ giải thuật di
truyền được mơ tả như Hình 4.
4. KẾT QUẢ MƠ PHỎNG

Thuật tốn đề xuất trong bài báo này được áp dụng mơ phỏng cho lưới điện phân
phối có 50 nút [3]. Cấu hình lưới điện như Hình 2, thơng số lưới điện được cho trong

Bảng 1. Kết quả mô phỏng được trình bày trong Bảng 2 và Hình 3.


416 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017

Bắt đầu

nl : véc tơ số nhánh
ISS : véc tơ nút đầu
IRR: véc tơ nút cuối
Pl: véc tơ công suất tải
Lamda: véc tơ suất sự cố
Tsc thời gian sửa chữa

Nhập thông số lưới
(ma trận A nhánh nút, tải, số khách hàng)

nl = length(A(:,1)); (số nhánh)
ISS = A(:,1); (nút xuất)
IRR = A(:,2); (nút nhận)
pl = A(:,4); (tải)
lamda = A(:,3); [tsc]; [tg]=zeros(nl,nl)

for i=1:length(x)
tg(i:end,i)=lamda(i)*tsc(i)

b là véc tơ chỉ các
vị trí mà khơng có
thiết bị TĐL

Gán tất cả các phần tử phía
trên đường chéo của [tg]
bằng 0

Tìm ma trận [tg]

Tìm vị trí x=0 (matran b)
In=1;im=0; j=1

Sai
b(j)~=1 &&
b(j)==b(j+1)-1
đúng
b(j)==1

In=in+1
đúng

Im=1m+1
tg(b(j+1):-1:b(j+1)-im,b(j+1))=
Lamda(b(j+1))*tsc(b(j+1))

Nhiệm vụ của khối này là: từ
1 vị trí khơng đặt TĐL (ma
trận b), dị ngược về phía
nguồn để tìm thiết bị TĐL gần
nhất. Từ đó sẽ biết được các
phân đoạn bị ảnh hưởng khi
sự cố trên pđ bất kì.

Sai
đúng

b(j+1)-b(j)>1

in=1

for l=1:length(pl)
ENS(l)=tổng(tg(l,:)*pl(l)

Sai
tg(b(j+1):-1:b(j+1)-in,b(j+1))=
Lamda(b(j+1))*tsc(b(j+1))

j
j=j+1
Kết quả

Hình 1: Lưu đồ thuật toán


PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 417

S/S

1

CB
2

3
34
4
38

37

36

35
5
6
7

41

29

28

27

26

25
8
9

39

40

10
45

44

43

11
12

42

13
46

33

32

31

30
14
15
16
17
18
19

47

20
21
22
23

S/S

Substation

CB

Circuit Breaker
Sectionalizer

24

48

Cut Out Fuse
Fault Indicator

49

50

Hình 2: Lưới điện phân phối [3]

418 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017
Bảng 1. Dữ liệu lưới điện phân phối

Nút đầu

Nút cuối

λp

Công suất phụ tải

Số lượng khách hàng

1

2

0.43

465

3

2

3

0.37

375

120

3

4

0.4

160

30

4

5

2.92

740

193

5

6

0.24

0

0

6

7

0.26

725

51

7

8

7.09

3231

1119

8

9

0.25

25

51

9

10

0.28

0

0

10

11

1.07

375

22

11

12

0.08

100

51

12

13

3.49

4510

419

13

14

0.35

315

155

14

15

0.25

100

1

15

16

0.48

125

50

16

17

0.21

0

0

17

18

0.74

1280

451

18

19

1.5

385

84

19

20

0.38

50

1

20

21

0.42

400

174

21

22

0.8

50

1

22

23

0.48

550

234

23

24

0.61

40

0

24

25

0.66

0

0

25

26

0.94

650

216

Bảng 2. Kết quả tính tối ưu khi thay đổi số lượng máy cắt

STT

Số lượng máy cắt

Vị trí đặt

ENS (kWh)

1

1

1

3,7935.105

2

2

1,12

2,8835.105

3

3

1,6,16

2,5703.105

4

4

1,7,13,17

2,4065.105

5

5

1,7,8,13,19

2,2985.105

6

6

1,5,7,8,13,18

2,2814.105

7

26

1..26

2,1617.105

PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 419

3.8
3.6
3.4

ENS (KW h)

3.2
3
2.8
2.6
2.4
2.2
2

0

5

10

15

20

25

30

Số lượng máy căt

Hình 3: ENS tối ưu theo số lượng máy cắt
Bắt đầu

Khởi tạo dân số

Tính tốn giá trị mục tiêu cho từng
nhiễm sắc thể tương ứng

Kiểm tra điều kiện
dừng

Kết thúc

Lựa chọn những cá thể tốt

Tạo nhiễm sắc thể mới dựa trên
tốn tử gen di truyền

Q trình lai tạo

Q trình đột biến

Hình 4: Giải thuật di truyền