(Luận văn thạc sĩ) Xác định vị trí của DG trên lưới điện phân phối để giảm chi phí vận hành

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 chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2015
(Ký & ghi rõ họ tên)

Nguyễn Xuân Ngọ

ii


TĨM TẮT
Luận văn trình bày phương pháp tối ưu vị trí và dung lượng máy phát điện
phân tán trên lưới điện phân phối dựa trên giải thuật di truyền GA. Mục tiêu chính
của bài tốn là giảm chi phí tổn thất cơng suất tác dụng, chi phí mua điện và chi phí
bồi thường do mất điện. Để đánh giá giải thuật, mạng điện 21 nút được mô phỏng.
Kết quả mô phỏng đã chứng tỏ rằng giải thuật và phương đề xuất đã tìm ra vị trí và
dung lượng DG phù hợp để giảm chi phí vận hành.

iii


ABSTRACT

This thesis presents a optimization loacation and sizes of distributed generator
methodology based on a genetic algorithm (GA). The main objective of the problem
is to reduce the cost of active power losses and power purchase costs and
compensation costs due to power outages. To evaluate algorithms, 21-nodes
networks are simulated. The simulation results proved that the proposed algorithm

and found the location and capacity of DG to reduce operating costs.

iv


MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ....................................................................................... ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................x
CHƯƠNG 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ............................................................................1
I. ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................1
II. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN ..............................................3
III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................................................3
IV. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ...................................................3
V. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN ..........................................................................3
VI. GIÁ TRỊ THỰC TIỂN CỦA LUẬN VĂN .......................................................3
VII. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN ...........................................................................4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ DG ........................1
1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối:....................................................................1
1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối: ...................................................................1
1.1.2 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối: ............................................................2
1.2. Tổng quan về DG .............................................................................................3
1.3. Một số công nghệ DG: .....................................................................................3
1.3.1. Pin mặt trời (photovoltaic –PV).................................................................3
1.3.2. Pin nhiên liệu (Fuel cell –FC) ....................................................................4
1.3.3. Máy phát turbine gió (Wind turbine – WT) ..............................................4

1.3.4. Máy phát động cơ đốt trong (Internal Combustion Engines – ICE) .........5
1.3.5. Turbine khí (Combustion Turbine – CT) ..................................................5
1.3.6. Thủy điện nhỏ ............................................................................................6

v


1.3.7. Năng lượng mặt trời ...................................................................................7
CHƯƠNG 2 CÁC BÀI TOÀN LIÊN QUAN ĐẾN DG ............................................1
2.1 Mục đích vận hành DG: ....................................................................................1
2.2 Các bài toán liên quan đến DG:.........................................................................1
2.2.1 Bài toán đánh giá độ giảm tổn hao đường dây: ..........................................2
2.2.2 Bài toán nâng cao độ tin cậy: ......................................................................4
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC VÀ ỨNG DỤNG GIẢI
THUẬT DI TRUYỀN .................................................................................................1
3.1. Những ảnh hưởng khi tích hợp nguồn phân tán vào lươi phân phối. ...............1
3.2. Mô tả mục tiêu bài tốn: ...................................................................................2
3.3. Mơ hình tốn học: .............................................................................................3
3.3.1. Hàm mục tiêu của mơ hình: .......................................................................3
3.3.2. Tổng chi phí cung cấp từ hệ thống phân phối: ..........................................3
3.3.3. Tổng chi phí gián đoạn ước tính: ...............................................................4
3.3.4. Tổng chi phí tổn thất năng lượng: .............................................................4
3.3.5. Hạn chế công suất DG ...............................................................................4
3.3.6. Hạn chế hoạt động DG ..............................................................................5
3.4. Giải thuật di truyền (genetic algorithm-GA): ...................................................5
3.4.1 Các đặc tính của thuật tốn di truyền ........................................................5
3.4.2 Các q trình cơ bản trong thuật tốn di truyền:.......................................6
3.4.3 Các tham số của thuật tốn di truyền (hay cịn gọi là các thơng số điều
khiển của thuật tốn): ........................................................................................10
3.5 Áp dụng giải thuật di truyền tính tốn lưới điện 20 nút tải có tải tập trung như

sau: .........................................................................................................................13
3.5.1 Hàm mục tiêu của bài toán: ......................................................................14
3.5.2. Sử dụng thuật toán di truyền trong matlab ..............................................16
3.5.3 Kết quả kiểm tra giải thuật........................................................................19
3.6. Nhận xét..........................................................................................................23
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN..........................................................................................25

vi


4.1. Kết luận ..........................................................................................................25
4.2. Hướng phát triển của đề tài ............................................................................25
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................27
PHỤ LỤC ..................................................................................................................30

vii


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
GA: Gennetic Algorithm
DG: Distributed Generator

viii


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1. 1. Pin mặt trời .................................................................................................4
Hình 1. 2. Pin nhiên liệu..............................................................................................4
Hình 1. 3. Turbin gió ...................................................................................................5
Hình 1. 4. Turbin khí ...................................................................................................6

Hình 1. 5. Thủy điện nhỏ ............................................................................................6
Hình 2. 2. Lưới điện có nguồn điện phân tán ..............................................................5
Hình 3. 1. Lưu đồ thuật tốn di truyền GA ...............................................................11
Hình 3. 2. Lưới điện phân phối 22kV với 20 nút tải tập trung .................................13
Hình 3. 3. Giao diện hộp cơng cụ GAOT .................................................................17
Hình 3. 4. Đặc tuyến hội tụ của giải thuật và giá trị tốt nhất của quần thể trong
trường hợp 1 ..............................................................................................................21
Hình 3. 5. Điện áp các nút trước và sau khi đặt DG (Trường hợp 1) .......................21
Hình 3. 6. Đặc tuyến hội tụ của giải thuật và giá trị tốt nhất của quần thể trong
trường hợp 2 ..............................................................................................................23
Hình 3. 7. Điện áp các nút trước và sau khi đặt DG (Trường hợp 2) .......................23

ix


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3. 1. Thông số đường dây 20 nút .....................................................................13
Bảng 3. 2. Kết quả thực hiện giải thuật trong trường hợp 1 .....................................20
Bảng 3. 3. Kết quả thực hiện giải thuật trong trường hợp 2 .....................................22

x


CHƯƠNG 0
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
I. 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. Nếu xét về mặt kinh tế, điện năng được
cung cấp bởi các công ty Điện lực đến khách hàng sử dụng điện phải có giá thành rẻ nhất,
chất lượng điện năng phải tốt nhất. Chính vì vậy, để đảm bảo chất lượng điện năng phân

phối đến các hộ tiêu thụ, độ tin cậy phải được nâng cao. Tuy nhiên chất lượng điện năng
còn phụ thuộc nhiều vào tải khách hàng sử dụng, vì vậy đòi hỏi hệ thống lưới phân phối
phải đáp ứng mức độ thay đổi liên tục của phụ tải, để đạt được vấn đề này thì lưới điện
chúng ta phải bố trí thật hợp lý để giảm thiểu tổn thất, nâng cao chất lượng điện và đáp ứng
yêu cầu nguồn cung cấp.
Trong mạng phân phối, tải ngày càng tăng theo sự phát triển của nền kinh tế, trong khi
cấu trúc lưới điện của chúng ta thì khơng thay đổi, điều này dẫn đến tổn thất trong lưới
tăng lên và các biện pháp khắc phục thường là sử dụng tụ bù tại các điểm thích hợp, tăng
cường cơng suất máy biến áp...nhưng các biện pháp này thật sự không cải thiện được nhiều
về các chỉ tiêu tổn thất...
Các lưới điện phân phối hiện nay đang trong giai đoạn cải tạo, đầu tư và phát triển
mạnh mẽ. Khối lượng các đường dây tải điện, các trạm biến áp cũng như các nguồn điện
kết nối vào hệ thống đang ngày càng gia tăng nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển nhanh
chóng của phụ tải. Tuy nhiên phụ thuộc quá nhiều vào các nguồn thủy điện và nhiệt điện
sử dụng nhiên liệu hóa thạch ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường đang ngày càng
được quan tâm. Các nguồn năng lượng thay thế sẽ là một yếu tố ưu tiên lựa chọn, hệ thống
nguồn phát phân tán (Distributed Generation-DG) là thiết thực cho nhu cầu năng lượng đối
với một xã hội phát triển, hiện đại nhằm bổ sung và đáp ứng nhanh chóng nguồn điện cho
phụ tải. Các nguồn phân tán này sẽ xem xét việc sản xuất dịng cơng suất thực tế theo nhu
cầu trên lưới nhằm tăng giá trị điện áp của hệ thống, giảm tổn thất điện năng, tăng doanh

1


thu cho các Công ty Điện lực trong khi hoạt động của các thiết bị bảo vệ trên lưới là không
thay đổi.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nguồn điện phân tán sẽ mang lại nhiều hiệu quả thiết
thực khi tham gia hệ thống phân phối, khi sử dụng DG sẽ góp phần giảm bớt gánh nặng
cơng suất vào giờ cao điểm, giảm tổn thất trên đường dây, cải thiện chất lượng điện năng,
nâng cao độ tin cậy và thân thiện với mơi trường. Nó cịn góp phần vào việc giảm áp lực

đầu tư cải tạo lưới điện hiện hữu, giảm chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành và đáp ứng tốt
về khả năng dự phòng cho hệ thống.
Các lợi ích khi kết nối DG
* Đối với ngành điện:
- Giảm tổn thất công suất trên đường dây.
- Giảm tải trên đường dây.
- Giảm chi phí vận hành.
- Giảm chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống.
* Đối với khách hàng sử dụng điện:
- Nâng cao chất lượng điện năng.
- Cải thiện độ tin cậy cung cấp điện.
- Giảm giá thành sử dụng điện.
- Tạo môi trường ngày càng cạnh tranh cho thị trường điện.
Các tác động:
Khi DG được kết nối vào hệ thống phân phối, nó được xem như một nguồn cung cấp
thứ hai vì vậy mạng điện hiện hữu sẽ trở thành mạng điện kín có hai nguồn cung cấp. Tùy
thuộc vào cấu trúc của lưới điện mà ảnh hưởng của DG đến lưới cũng khác nhau, các tác
đồng thường gặp:
- Thay đổi tổn thất công suất trên lưới điện.
- Tổn thất điện áp và sự dao động diện áp.
- Thay đổi dòng sự cố trong lưới và bảo vệ Relay.

2


- Độ khơng sin của sóng điện áp.
- Ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện.
- Thay đổi sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ trên lưới điện.

II. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu việc: “Xác định vị trí của DG trên lưới điện
phân phối để giảm chi phí vận hành”
- Nghiên cứu việc giảm tốn thất cơng suất trên lưới phân phối khi có kết nối DG.
- Xây dựng hàm đa mục tiêu sử dụng giải thuật tối ưu để giải bài tốn tìm vị trí thích
hợp để kết nối DG nhằm giảm tổn thất công suất và cực tiểu chi phí vận hành.
- Áp dụng giải thuật vào lưới điện phân phối mẫu.

III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào bài tốn cực tiểu chi phí vận hành khi
kết nối DG.

IV. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN
- Áp dụng các phương pháp giải tích mạng điện xây dựng hàm đa mục tiêu cực tiểu
tổn thất cơng suất khi có DG.
- Sử dụng giải thuật Genetic (GA) giải bài toán đa mục tiêu khi có DG.

V. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN
- Xây dựng hàm đa mục tiêu cho bài toán giảm tổn thất cơng suất khi có kết nối DG.
- Áp dụng giải thuật tối tìm vị trí tối ưu lắp đặt DG trên lưới phân phối cực tiểu chi phí
vận hành.

VI. GIÁ TRỊ THỰC TIỂN CỦA LUẬN VĂN
- Cung cấp một giải thuật tìm vị trí tối ưu lắp đặt DG giảm tổn thất trên lưới.
- Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến DG.

3


- Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện khi có
kết nối DG.

VII. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Luận văn gồm 5 chương:
Chương 0: Giới thiệu đề tài.
Chương 1: Tổng quan về lưới phân phối.
Chương 2: Các bài toán liên quan đến DG.
Chương 3: Xây dựng mơ hình tốn học và ứng dụng giải thuật.
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển cho đề tài.

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ DG
1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối:
1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối:
Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện để đưa điện năng
trực tiếp đến người tiêu dùng. Lưới điện phân phối bao gồm lưới trung áp và hạ áp.
Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vịng hay hình tia, cịn các
đường dây phân phối điện luôn 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 thông qua các thao tác đóng/cắt các thiết bị bảo vệ hiện có trên lưới
hoặt sử dụng các nguồn phân tán hiện có trong khu vực.
Một đường dây phân phối ln có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh
hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp …) 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
ln 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 cơng suất tiêu thụ. Điều
này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, ngoài việc thay đổi cấu trúc lưới
điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khố điện hiện có trên lưới thì
việc sử dụng các nguồn phân tán là một trong những giải pháp cần xem xét. Vì vậy,
trong quá trình thiết kế các loại khoá điện (Recloser, LBS, DS…) 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

1


vận hành và vừa giảm tổn thất năng lượng đồng thời kết hợp để kết nối với các
nguồn phân tán khi cần thiết.
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.

-

Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép.

-

Các hệ thống bảo vệ hoạt động tin cậy.

-

Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.
Các đặc điểm chính của lưới điện phân phối:

-

Điện áp định mức từ 6 đến 35kV.

-

Kết nối với lưới truyền tải thông qua các trạm trung gian hoặc các trạm khu
vực.

-

Tổn thất công suất trên lưới phân phối chiếm khoảng 5-7% tổng công suất
của hệ thống.

-

Tổng chiều dài và số lượng máy biến áp chiếm tỷ lệ lớn trong toàn hệ thống.
1.1.2 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối:

-

Cung cấp phương tiện để truyền tải năng lượng điện đến hộ tiêu thụ.

-

Cung cấp phương tiện để các công ty điện lực có thể bán điện.

-

Đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.

-

Đảm bảo các thông số vận hành trong giới hạn cho phép.

-

Các hệ thống bảo vệ hoạt động tin cậy.

-

Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.

Các nghiên cứu [6] đã chỉ ra rằng kết nối nguồn điện phân tán sẽ mang lại nhiều hiệu
quả thiết thực khi tham gia hệ thống phân phối, khi sử dụng DG sẽ góp phần giảm bớt gánh
nặng cơng suất vào giờ cao điểm, giảm tổn thất trên đường dây, cải thiện chất lượng điện
năng, nâng cao độ tin cậy và thân thiện với mơi trường. Nó cịn góp phần vào việc giảm áp
lực đầu tư cải tạo lưới điện hiện hữu, giảm chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành và đáp ứng
tốt về khả năng dự phòng cho hệ thống.

2


1.2. Tổng quan về DG
Khi nghiên cứu về DG có rất nhiều định nghĩa khác nhau, chủ yếu xoay quanh về đề
kích cỡ và chủng loại, sau đây là một số định nghĩa về DG:[5]
-

Theo Hội đồng Quốc tế về các các hệ thống điện lớn (CIGRE): các nguồn điện
không phải là nguồn trung tâm, được đặt gần phụ tải và nối vào mạng điện phân
phối, có cơng suất nhỏ hơn 100MW gọi là DG.

-

Ban Năng lượng Mỹ (DOE): dg là các máy phát có cơng suất từ vài kW đến vài
chục MW. Bao gồm: máy phát điện Biomass, turbine khí, pin năng lượng mặt trời,
pin nhiên liệu, turbine gió...và các cơng nghệ tích trữ năng lượng.

-

Viện Nghiên cứu năng lượng điện Mỹ (EPRI): DG là các máy phát có công suất từ
vài kW đến 50MW vá các thiết bị tích trữ năng lượng đặt gần phụ tải, mạng phân
phối hoặc truyền tải phụ dưới dạng những nguồn năng lượng phân tán.

-

Thụy Điển xem các máy phát có cơng suất dưới 1500kW là DG.

-

Trong thị trường điện nước Anh và xứ Wales: một nhà máy điện có cơng suất nhỏ
hơn 100MW không được gọi là nguồn điện tập trung. Như vậy DG được xem là
các máy phát có cơng suất nhỏ hơn 100MW.

-

Ở Úc: máy phát có cơng suất dưới 30MW gọi là DG.

-

New Zealand: các máy phát có cơng suất dưới 5MW được gọi là DG.

1.3. Một số công nghệ DG:
1.3.1. Pin mặt trời (photovoltaic –PV)
Các hệ thống pin mặt trời chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện năng
mà khơng cần đến q trình đốt cháy hoặc tiêu thụ nhiện liệu. Cơng nghệ này có chi phí
vận hành và bảo trì rất thấp. Cơng nghệ PV được sử dụng phổ biến cho các tòa nhà độc lập
và các hệ thơng thơng tin, nó được xem như một công nghệ tốt nhất cho các căn hộ và các
ứng dụng thương mại nhỏ. Tuy nhiên hiện tại giá thành sản xuất điện năng từ PV là khá
cao cho nên nó chỉ có thể cạnh tranh được ở những nơi yêu cầu cao về độ tin cậy và thân
thiện với mơi trường. Hệ thống PV có thể vận hành độc lập hoặc kết nối trực tiếp vào
mạng phân phối.

3


Hình 1. 1. Pin mặt trời
1.3.2. Pin nhiên liệu (Fuel cell –FC)
Các pin nhiên liệu có thể chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng mà
khơng cần đến q trình đốt cháy. Cơng nghệ FC có ưu điểm là độ ồn thấp, cấu tạo nguyên
khối, lượng khí thải thấp (SO, CO) và có độ tin cậy cao.

Hình 1. 2. Pin nhiên liệu
Nhiên liệu chủ yếu dùng cho FC là hydro từ khí tự nhiên. Việc khởi động FC cần
thời gian từ 1 đền 4 giờ do vậy nó khơng phù hợp cho dự phịng nóng và chỉ thích hợp cho
chạy nền đối với các phụ tải cần độ tin cậy cung cấp điện cao. Hiện tại chi phí lắp đặt FC
vẫn còn ở mức khá cao và cần phải có bộ chuyển đổi dịng diện để chuyển từ dịng DC

sang AC. FC có thể vận hành độc lập hoặc kết nối với mạng phân phối tùy theo mục đích
sử dụng.

1.3.3. Máy phát turbine gió (Wind turbine – WT)
Cơng nghệ sản xuất điện năng từ năng lượng gió sử dụng các turbine khí động,
được chia ra các cấp như sau [5]:
 Hệ thống mini công suất nhỏ hơn 10kW
 Hệ thống nhỏ có cơng suất từ10kW đến 100kW

4


 Hệ thống trung bình có cơng suất từ100kW đến 500kW
 Hệ thống lớn có cơng suất trên 500kW
Cơng nghệ thích hợp với khu vực nơng thơn, vùng biển là những nơi có nguồn năng
lượng gió dồi dào và mạng điện phân phối cịn thưa thớt.

Hình 1. 3. Turbin gió
1.3.4. Máy phát động cơ đốt trong (Internal Combustion Engines – ICE)
Công nghệ dùng động cơ đốt trong (ICE) để sản xuất điện năng có thể nói là lâu đời
nhất. Cơng nghệ này sử dụng chu trình đốt cháy dầu diesel và gas để tạo lực cơ học, lực
này quay máy phát điện để sản xuất ra điện năng, chi phí lắp đặt ICE tượng đối thấp và cho
hiệu suất tương đối cao (khoảng 36 - 42% đối với máy phát diesel và 28 - 42% đối với máy
phát sử dụng gas). Thời gian khởi động máy nhỏ ( khoảng 10s) thích hợp với phần tải đỉnh
của hệ thống.
Ưu điểm của ICE là giá rẻ và tính sẳn sàng của dịch vụ cũng như khả năng bảo trì sửa
chữa dể dàng. Tuy nhiên vướng mắc lớn nhất đối với công nghệ ICE là vấn đề chất thải, nó
ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và môi trường, mặt khác vấn đề tiếng ồn cũng gây
nên hạn chế cho ứng dụng của ICE.

1.3.5. Turbine khí (Combustion Turbine – CT)
Turbine khí được sử dụng rộng rãi trên thế giới trong ngành công nghiệp điện năng.
Công suất của CT từ 500kW đến 265MW. Đối với CT công suất nhỏ hiệu suất chỉ đạt 15 –
17%, với công suất khoảng 30MW hiệu suất khoảng 45%. Hiệu suất của CT tăng khi vận
hành đầy tải. Ưu thế của CT là chi phí lắp đặt thấp, nguồn nhiên liệu tương đối rẻ, hiệu
suất cao và thời gian lắp đặt ngắn.

5


Hình 1. 4. Turbin khí
1.3.6. Thủy điện nhỏ
Thủy điện là nguồn năng lượng tái tạo tương đối sạch, ít gây ô nhiễm và giá thành phát
điện thấp. Tuy nhiên xét về lâu dài, thủy điện sẽ tác động không nhỏ tới hệ sinh thái, làm
biến đổi dòng chảy, ảnh hưởng đến đời sống của một các khu dân cư phía hạ lưu. Xu
hướng trên thế giới hiện nay là không xây dựng các thủy điện lớn mà chỉ chỉ khai thác ở
mức độ nhỏ và cực nhỏ để quá trình phát triển bền vững hơn.

Hình 1. 5. Thủy điện nhỏ
Mạng chuyên đề về Thuỷ điện nhỏ (Thematic Network on Small Hydropower –
TNSHP), do Hiệp hội Thủy điện nhỏ châu Âu (ESHA) lập, cho biết hiện nay ở EU15 có
14.000 cơng trình thủy điện nhỏ, với cơng suất trung bình của mỗi trạm là 0,7 MW, so với
2.800 cơng trình tại EU10 (10 nước gia nhập Liên minh châu Âu vào năm 2004) có cơng
suất trung bình của mỗi trạm chỉ là 0,3 MW. Vào cuối năm 2005, tổng công suất phát của

6


thuỷ điện nhỏ của EU15 là 11.601 MW, trong đó chỉ riêng 6 nước đã chiếm đến 84,5%:
Italia (2.405,5 MW), Pháp (2.060 MW), Tây Ban Nha (1.788 MW), Đức (1.584 MW), Áo

(1.062 MW) và Thụy Điển (905 MW).

1.3.7. Năng lượng mặt trời
Đối với các nước nằm trong vùng nhiệt đới, số giờ nắng trung bình khoảng 2000-2500
giờ/năm với tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2/năm. Tuy
nhiên nguồn năng lượng này chưa được khai thác triệt để do những hạn chế về công nghệ
và giá thành đầu tư. Xét về quy mơ tồn cầu thì nguồn năng lượng này khơng lớn lắm
nhưng nó có ý nghĩa với một số quốc gia như: Ấn độ, Trung Quốc và Châu Phi vì ở đó
mạng lưới điện năng cịn thưa thớt.

7


CHƯƠNG 2
CÁC BÀI TỒN LIÊN QUAN ĐẾN DG
2.1 Mục đích vận hành DG:
Các ứng dụng của DG bao gồm: nhiệt - điện kết hợp, cơng suất dự phịng, dự
phịng cơng suất đỉnh và vận hành độc lập. Tùy vào ứng dụng mà việc vận hành DG
sẽ mang lại những lợi ích sau:
- Trong trường hợp phụ tải của hệ thống đạt công suất đỉnh, hệ thống phân
phối không thể thỏa mãn nhu cầu của phụ tải hoặc phải chấp nhận mua điện với giá
cao. Phần điện năng thiếu hụt này sẽ do các DG đãm nhiệm. Hoặc trong trường hợp
cần sa thải phụ tải trên lưới truyền tải do công suất truyền tải vượt quá giới hạn của
đường dây, DG cũng được vận hành để đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải bị
ảnh hưỡng bởi giới hạn này.
- DG được vận hành để cung cấp điện năng với giá rẽ. Công suất của phụ tải
trong hệ thống thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào chủng loại và đặc tính của
từng phụ tải. Chi phí mua điện từ hệ thống truyền tải được xác định theo lượng cơng
suất mua theo từng thời điểm. Vì vậy khi DG được kết nối vào mạng phân phối và
xem như một nguồn phụ, người hoạch định công tác vận hành hệ thống có thể tận

dụng giá rẻ từ một số DG nhằm giảm chi phí vận hành.
- DG được vận hành để cung cấp điện năng khi nguồn hệ thống bị gián đoạn.
Khi có gián đoạn xảy ra, các phụ tải sẽ được cắt ra khỏi hệ thống bằng các thiết bị
bảo vệ trên lưới như: máy cắt, recloser và được tái cấp điện bởi các DG. Trong
trường hợp này DG cải thiện độ tin cậy cung cấp điện và làm giảm chi phí bồi
thường do mất điện.
2.2 Các bài tốn liên quan đến DG:
Tùy thuộc vào quan điểm và mục tiêu nghiên cứu mà người ta có thể căn cứ
vào lợi ích và ảnh hưởng của DG để phân chia thành các nhóm bài tốn sau:

1


Bài toán phối hợp bảo vệ rơ le.
Bài toán giảm tổn thất trên đường dây.
Bài toán cải thiện điện áp, chỉ số điện áp.
Bài toán nâng cao độ tin cậy.
Bài tốn đa mục tiêu xác định vị trí và tối ưu dung lượng DG.
Ở khuôn khổ luận văn này ta chủ yếu tập trung vào các bài toán giảm tổn thất
và nâng cao độ tin cậy.
2.2.1 Bài toán đánh giá độ giảm tổn hao đường dây:
a- Chỉ số giảm tổn hao đường dây (line loss reduction index – LLRI)
Khi DG được đặt ở vị trí thích hợp, lợi ích thu được là giảm tổn thất trên
đường dây. Thông thường tổn thất sẽ tăng cao khi mạng điện vận hành đầy tải vì
tổn hao tỷ lệ thuận với bình phương dịng điện. Tổn hao này góp phần làm tăng chi
phí vận hành của hệ thống. để đánh giá mức độ tổn hao trên hệ thống khi có kết nối
DG người ta thiết lập các hệ số sau:
LLRI=

LL

LL0

(2.1)

Trong đó:
M

LL   I A2 ,i Ri Di chỉ số giảm tổn hao đường dây khi có kết nối DG;
i 1

M

LL0   I L2,i Ri Di chỉ số giảm tổn hao đường dây khi chưa kết nối DG;
i 1

I A,i dòng điện trên nhánh thứ i sau khi có kết nối DG;
I L,i dòng điện trên nhánh thứ i s khi chưa kết nối DG;
Ri điện trở đơn vị nhánh thứ i;
Di chiều dài nhánh thứ i;
M số nhánh của mạng điện;
b- Bài tốn phân tích sự giảm tổn hao trên đường dây khi có DG:

2


Để phân tích giảm độ tổn hao, mơ hình được chọn để phân tích là một phát
tuyến hình tia với phụ tải tập trung cuối đường dây. Dịch chuyển vị trí DG dọc theo
phát tuyến và thay đổi cơng suất của DG để khảo sát sự thay đổi của độ giảm tổn
thất.
I

Nguồn

Tải

L

L

Khoảng cách từ nguồn đến tải là L(km).
I

I
Nguồn

Tải

L

S

I
DG
G

DG

L
G

Khoảng cách từ nguồn đến vị trí kết nối DG là G(km).

Giả thiết: hệ số công suất của tải là không đổi.
Công suất của phụ tải là SL=PL+jQL, dòng phụ tải sẽ là:
IL 

( PL  jQL )
3VP

(2.2)

Tổn hao trên phát tuyến khi khơng có DG kết nối là:
rL( PL2  jQL2 )
LossB 
3VP2

(2.3)

Khi có DG kết nối SDG=PG+jQG, dịng bơm từ DG vào phát tuyến là:
IG 

( PG  jQG )
3VP

3

(2.4)


Dòng điện bơm từ nguồn vào phát tuyến lúc này là:
IS = I L - IG

(2.5)

Tổn hao công suất từ nguồn đến vị trí đặt DG:
LossASG 

rG(( PL  PG ) 2  ( jQL  jQG ) 2 )
3VP2

rG( PL2  QL2  PG2  QG2  2 PL PG  2QLQG )

3VP2

(2.6)

Tổn hao cơng suất từ vị trí đặt DG đến tải:
LossAGL 

r ( L  G)( PL2  QL2 )
3VP2

(2.7)

Tổn hao công suất trên phát tuyến khi có DG là:
LossAT  LossASG  LossAGL


R
3VP2

 2

 G 
2
2
2
 PL  QL  ( PG  QG  2 PL PG  2QLQG ) L  
 


(2.8)

Trong đó: R là điện trở của phát tuyến
Độ giảm tổn hao trên phát tuyến được tính bằng cơng thức sau:
LR  LossB  LossAT 

RG

2 PL PG  2QLQG  PG2  QG2 
2
3VP L

(2.9)

2.2.2 Bài toán nâng cao độ tin cậy:
Độ tin cậy cung cấp điện ngày càng được quan tâm, đặc biệt là từ phía khách
hàng. Những khách hàng đặc biệt, có yêu cầu cao về chất lượng điện năng và độ tin
cậy cung cấp điện cần được cung cấp từ ít nhất 2 nguồn theo sơ đồ lưới kín vận
hành hở. Cũng có thể sử dụng thêm dự phịng là nguồn điện phân tán, như hình 2.1

4

Luới điện lân cận
có khả năng cung
cấp hạn chế

TC hạ áp
trạm 110kV
3

4

5

6

7

8

9

12
1

2

13
14

10

11

Nguồn điện phân tán

Khách hàng đặc biệt

Hỡnh 2. 1. Lưới điện có nguồn điện phân tán
Tuy nhiên độ tin cậy cung cấp điện thực sự nhận được cho mỗi khách hàng
không giống nhau, phụ thuộc hàng loạt yếu tố:
- Vị trí phụ tải (khách hàng) trên sơ đồ;
- Cấu trúc lưới phân phối điện, trong đó có các thiết bị phân đoạn;
- Giới hạn công suất hỗ trợ từ nguồn dự phòng là lưới điện lân cận và vị trí kết
nối của nguồn này sang lưới đang xét, độ tin cậy cung cấp điện của chính nguồn này
tính đến điểm kết nối;
- Giới hạn cung cấp của nguồn điện phân tán, thời gian khởi động của nó;
- Thời điểm xảy ra sự cố (tương ứng với tổng phụ tải tiêu thụ lớn hay bé)...
Cũng cần nói thêm là, lĩnh vực nghiên cứu tính tốn độ tin cậy đối với hệ thống
điện bao hàm những nội dung rất đa dạng với những mục tiêu (bài toán) khác nhau:
độ tin cậy nguồn điện, độ tin cậy lưới truyền tải, độ tin cậy lưới phân phối điện, độ
tin cậy hệ thống bảo vệ và điều khiển, độ tin cậy đảm bảo cung cấp điện cho khách
hàng... Luận văn quan tâm chủ yếu các vấn đề liên quan đến bài toán vận hành nâng
cao độ tin cậy và tối ưu chi phí, do đó các nội dung tính tốn độ tin cậy cũng tập
trung chủ yếu vào lưới điện phân phối và yêu cầu của mỗi khách hàng.
a- Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống điện có thể được chia
thành bốn loại bao gồm: các phần tử của hệ thống điện, điều kiện mơi trường, đặc
tính tải và cấu hình hệ thống hệ thống điện.
Các phần tử của hệ thống điện

5