(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện khu vực tân phước

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN GƯƠNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN
NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TÂN PHƯỚC

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

SKC 0 0 6 1 9 4

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018

Luan van


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN VĂN GƯƠNG

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRÊN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TÂN PHƯỚC

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:

PGS. TS. LÊ CHÍ KIÊN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018

Luan van


Luan van


Luan van


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: NGUYỄN VĂN GƯƠNG

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 1982

Nơi sinh: Cai Lậy-TG

Quê quán: ấp 5B, xã Phú Cường, huyện Cai Lậy, TG

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Điện lực Tân Phước, khu 4, thị trấn Mỹ
Phước, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang.
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0919634090

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 07/2000 đến 04/2003

Nơi học (trường, thành phố): Trung học Điện 2 nay là Trường Cao đẳng Điện
lực TPHCM.
Ngành học: Phát dẫn điện.
2. Đại học:
Hệ đào tạo: VLVH

Thời gian đào tạo từ 10/2013 đến 10/2015

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Điện lực liện kết Trường Cao đẳng Điện
lực TPHCM.
Ngành học: Hệ thống điện
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Mác – Lênin, Cơ sở ngành, Chuyên
ngành.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 06/2015 tại Trường
Cao đẳng Điện lực TPHCM.
Người hướng dẫn:

i

Luan van


III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian

Nơi cơng tác

10/2015 đến nay Phịng KHKT – Điện lực Tân Phước

ii

Luan van

Công việc đảm nhiệm
Kỹ thuật viên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tơi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS Lê Chí Kiên, tơi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho
việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn
này đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2018

Nguyễn Văn Gương

iii

Luan van


CẢM TẠ
Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Lê Chí Kiên đã tận
tình hướng dẫn tơi thực hiện nghiên cứu của mình. Cùng bày tỏ lịng biết ơn chân
thành tới các thầy cơ giáo đã tận tình truyền đạt kiến thức trong khóa học vừa qua.
Trước tiên tôi xin được gửi lời cảm ơn đến tất cả các Quý Thầy/Cô đã giảng
dạy trong chương trình cao học Kỹ thuật điện - trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TPHCM, những người đã truyền đạt cho tơi những kiến thức hữu ích về Kỹ thuật
điện, làm cơ sở cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Lê Chí Kiên đã tận tình hướng dẫn,
chỉ bảo, cho tơi nhiều kinh nghiệm trong thời gian thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy/Cô đang giảng dạy tại khoa Kỹ thuật
điện - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, các đồng nghiệp của Công ty Điện
lực Tiền Giang đã giúp đỡ tôi trong việc trong quá trình thu thập dữ liệu, thơng tin
của luận văn, đóng góp ý kiến và bổ sung những thiếu sót cho luận văn của tôi.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã ln
bên tơi, động viên và khuyến khích tơi trong q trình thực hiện luận văn nghiên cứu.

iv

Luan van


TÓM TẮT

Hiện nay, hệ thống lưới điện phân phối trên địa bàn Điện lực Tân Phước quản

lý như sau: lưới trung thế gồm có 4 phát tuyến dây trung thế nổi với tổng chiều dài
278,055km. Tổng số trạm biến thế phân phối 439 trạm/22.045kVA. Tổng chiều dài
lưới hạ thế là 380,292km có mức độ cân bằng pha khơng cao. Tổng số khách hàng là
21.203 khách hàng. Hệ thống điện hạ thế được thiết kế theo dạng hở. Các tuyến hạ
thế khơng được kết vịng để hỗ trợ khi sự cố một MBA. Tổn thất trên lưới điện của
Điện lực Tân Phước năm 2017 là 7,53% trong đó tỷ lệ tổn thất hạ thế là 6,8%. Do đó
nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới lưới hạ thế là điều cấp
thiết của các điều độ viên và kỹ sư của Điện lực Tân Phước.
Mục tiêu của luận văn là áp dụng một gói giải pháp bao gồm: Cân bằng tải giữa
các trạm biến áp hạ thế, thực hiện xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu trên lưới hạ
thế hình tia để giảm tổn thất điện năng trên lưới hạ thế của Điện lực Tân Phước.
Đối tượng thử nghiệm trong luận văn là lưới hạ thế của 03 trạm hạ thế có nguồn
điện các pha khác nhau mang tính rất đặc trưng của Điện lực Tân Phước. Các lưới
điện này có cầu hình 1 pha 3 dây gần nhau có chiều dài gần 1000m. Giải pháp giảm
tổn hao bao gồm việc kéo thêm các nối tuyến giữa các lưới hạ thế và xác định lại
điểm dừng tối ưu của các lưới hạ thế nhằm giảm tổn thất năng lượng cho lưới hạ thế.
Kết quả tổn thất năng lượng giảm từ 0,042% xuống còn 0,028%.

v

Luan van


SUMMARY
At present, the distribution grid system in Tan Phuoc power area is managed
as follows: Medium voltage grid consists of 4 medium voltage transmission lines with
a total length of 278,055 km. Total distribution stations 439 stations / 22,045kVA.
Total foot length width is 380,292km with the balance level with high phase. The
total length of the low voltage grid is 380,292 km, which has a low level of phase
equilibrium. The total number of customers is 21,203. The low voltage system is

designed in open type. Low-voltage lines are not looped to support a mid-level MBA
incident. The loss on the grid of Tan Phuoc Electricity in 2017 is 7,53%, in which the
low loss rate is 6,8%. Therefore, research on measures to reduce power losses on the
low voltage grids is urgently required by regulators and engineers of Tan Phuoc
Power.
The objective of the thesis is to apply a package of solutions including: Load
balancing between low voltage transformer stations, optimal positioning and offset
capacities on low voltage grid to reduce power loss Low voltage network of Tan
Phuoc Power.
Experimental subjects in the thesis are low voltage grid of 03 low voltage
power stations with different characteristics of Tan Phuoc Power. These grids have
single-phase, three-wire circuits of nearly 1000m in length. Loss reduction measures
include the extension of the link between the low voltage grids and the redetermination of the optimum stopping points of the low voltage grids to reduce the
loss of power to the low voltage grid. The resulting energy loss decreased from
0.042% to 0.028%.

vi

Luan van


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao luận văn
LÝ LỊCH KHOA HỌC ......................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................................. iii
CẢM TẠ ......................................................................................................................................... iv

TÓM TẮT ......................................................................................................................................... v
SUMMARY ...................................................................................................................................... vi
MỤC LỤC................................................................................................................................... vii
Chương 1 ....................................................................................................................................... 1
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN .................................................................................................................. 1
1.1

Lý do chọn luận văn........................................................................................................ 1

1.2

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ............................................................................... 1

1.3

Phương pháp thực hiện ................................................................................................. 2

1.4

Cấu trúc luận văn............................................................................................................ 2

Chương 2 ........................................................................................................................................ 3
TỔNG QUAN ................................................................................................................................... 3
2.1

Tổng quan....................................................................................................................... 3

2.2

Các phương pháp giải bài toán tổn hao, giảm

A ........................................................ 4

2.1.1 Bài toán 1 – Cực tiểu hàm chi phí vận hành...................................................................... 5
2.1.2 Bài tốn 2 – Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng ................................................................ 6
2.1.3 Bài tốn 3 – Cân bằng cơng suất giữa các đường dây và trạm biến áp ............................ 8
2.1.4 Bài toán 4 – Khôi phục lưới điện phân phối sau sự cố ...................................................... 8
2.1.5 Bài toán 5 - Cân bằng tải theo hàm đa mục tiêu............................................................... 8
2.1.6 Bài toán 6 – Xác định cấu hình lưới giảm
2.1.6.1

P là bài tốn quan trọng nhất. ................... 10

Các phương pháp giải bài toán 6 - Cân bằng tải giảm

vii

Luan van

P ................................... 10


2.1.6.1.1

Tính tốn điểm mở tối ưu TOPO .......................................................................... 10

2.1.6.1.2

Kết hợp heuristics và tối ưu hóa .......................................................................... 11

2.1.6.1.3

Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics. ....................................................... 12

2.1.6.1.4

Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo............................................................... 13

2.1.6.1.5

Phương pháp đơn giản hóa lưới điện phân phối để xây dựng lưới điện mới đơn

giản hơn về số phụ tải .............................................................................................................. 15
2.1.7 Cơ sở lựa chọn bài toán 6 đối với lưới điện Điện lực Tân Phước ................................... 15
Chương 3: ..................................................................................................................................... 17
PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN ............................................................................................................. 17
3.1

Giới thiệu...................................................................................................................... 17

3.2

Đơn giản hóa lưới điện phân phối tại Điện lực Tân Phước. ......................................... 18

3.3

Cân bằng tải lưới điện bằng phần mềm PSS/ADEPT. ................................................... 19

3.3.1

Giới thiệu tổng quan về phần mềm PSS/ADEPT . .................................................... 19

3.3.2

Ứng dụng PSS/ADEPT trong luận văn....................................................................... 21

3.4

Cách đánh giá tính hiệu quả của lưới điện sau khi cân bằng tải. ................................. 21

3.5

Cách tính tổn thất lưới điện trước và sau cân bằng tải. .............................................. 22

3.5.1

Xây dựng đồ thị phụ tải đặc trưng. .......................................................................... 22

3.5.2

Tính tổn thất điện năng............................................................................................ 24

Chương 4 ...................................................................................................................................... 25
ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC TÂN PHƯỚC ................................................... 25
4.1

Mô tả lưới điện phân phối Điện lực Tân Phước .......................................................... 25

4.2

Xây dựng lưới điện phân phối Điện lực Tân Phước vào phần mềm PSS/ADEPT ......... 27

4.2.1
4.3
4.3.1
4.4

Cách thức xây dựng .................................................................................................. 27
Xây dựng lưới điện ....................................................................................................... 31
Cách thức xây dựng .................................................................................................. 31
Tính tốn tốn thất trước và sau khi cân bằng tải lưới điện phân phối Điện lực Tân

Phước 31

viii

Luan van


4.4.1

Tính tốn tổn thất trước và sau khi cân bằng tải: .................................................... 31

4.4.2

Đánh giá hiệu quả tính tốn tổn thất lưới trước và sau khi cân bằng tải ................ 33

Chương 5 ...................................................................................................................................... 34
KẾT LUẬN...................................................................................................................................... 34
5.1

Thành quả thu được..................................................................................................... 34

5.2

Hạn chế của luận văn ................................................................................................... 35

5.3

Hướng phát triển.......................................................................................................... 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................... 36
PHỤ LỤC ....................................................................................................................................... 38

ix

Luan van


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MBA

Máy biến áp

PSS/ADEPT

The

Power

System

Simulator/Advanced

Engineering Productivity Tool
TBA

Trạm biến áp

TOPO

Tie Open Point Optimization

EVNSPC

Tổng Công ty Điện lực Miền Nam

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition

REC

Recloser

LBS

Load Break Switch

DS

Distance Switch

LTD

Line tension disconnecting switch

LBFCO

Load Break Fuse Cut Out

FCO

Fuse Cut Out

x

Luan van

Distribution


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang tựa

TRANG

Bảng 4.1 Khối lượng quản lý của Điện lực Tân Phước…………………………….26
Bảng 4.2 Kết quả tính tốn tổn thất trước và sau khi cân bằng tải trong một ngày…32
Bảng 4.3 Kết quả các khóa thay đổi trạng thái khi chạy bài toán TOPO…………..32

xi

Luan van


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang tựa

TRANG

Hình 2.1 Lưu đồ giải thuật của Chen và Cho…………………………………………7
Hình 2.2 Lưu đồ giải thuật của Rubin Taleski và Dragoslav………………………..8
Hình 2.3 Thuật tốn xác định điểm mở tối ưu TOPO……………………………….10
Hình 2.4 Giải thuật của Merlin và Back được Shirmohammadi chỉnh sửa…………12
Hình 2.5 Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự……………………………13
Hình 3.1 Đồ thị phụ tải điển hình theo từng loại phụ tải……………………………23
Hình 4.1 Biểu đồ tình hình thực hiện tỷ lệ tổn thất so với chỉ tiêu…………………26
Hình 4.2 Biểu đồ tỷ lệ tổn thất phía hạ thế năm 2015, 2016, 2017 và 7 tháng 2018....27
Hình 4.3 Mơ hình 3 tuyến dây hạ thế của 03 TBA…………………………………28
Hình 4.4 Bảng thơng số nút………………………………………………………...29
Hình 4.5 Bảng thơng số dân dẫn……………………………………………………29
Hình 4.6 Bảng thơng số tải…………………………………………………………30
Hình 4.7 Bảng thơng số máy biến áp……………………………………….………30
Hình 4.8 Bảng thơng số các khóa…………………………………………………..30
Hình 4.9 Kết quả trạng thái khi chạy bài tốn TOPO……………………….……...30

xii

Luan van

Chương 1
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1 Lý do chọn luận văn
Hiện tại, trên thế giới có trên 136 nước đang sử dụng phần mềm PSS/ADEPT
phục vụ cơng tác tính tốn và vận hành lưới điện phân phối của các Điện lực nhằm
giảm tổn thất điện năng đến mức thấp nhất. Chính vì vậy, Tập đồn Điện lực Việt
Nam đã đặc mục mục tiêu cho các Điện lực phấn đấu giảm tổn thất điện năng <=7,0%.
Hệ thống điện hạ thế được thiết kế theo dạng hở. Các tuyến hạ thế không được
kết vòng để hỗ trợ khi sự cố một TBA. Tổn thất trên lưới điện của Điện lực Tân Phước
năm 2017 là 7,53% trong đó tỷ lệ tổn thất hạ thế là 6,8%. Do đó nghiên cứu các biện
pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới lưới hạ thế là điều cấp thiết của các điều độ
viên và kỹ sư của Điện lực Tân Phước.
Mục tiêu của luận văn là áp dụng một gói giải pháp bao gồm: Cân bằng tải giữa
các trạm BA hạ thế, thực hiện xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu trên lưới hạ thế
hình tia để giảm tổn thất điện năng trên lưới hạ thế của Điện lực Tân Phước.
Đối tượng thử nghiệm trong luận văn là lưới hạ thế của 03 trạm hạ thế có nguồn
điện các pha khác nhau mang tính rất đặc trưng của Điện lực Tân Phước. Các lưới
điện này có cấu hình 1 pha 3 dây gần nhau có chiều dài gần 1000m. Giải pháp giảm
tổn hao bao gồm việc kéo thêm các nối tuyến giữa các lưới hạ thế và xác định lại
điểm dừng tối ưu của các lưới hạ thế, sau đó tiến hành bù tối ưu nhằm giảm tổn thất
năng lượng cho lưới hạ thế. Kết quả tổn thất năng lượng giảm từ 0,042% xuống
0,028%.
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật phù hợp để cân bằng tải phân phối
hiện hữu nhằm giảm tổn thất công suất và giảm tổn thất điện năng trên các tuyến
đường dây đang cung cấp.
Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn
đề sau:

1

Luan van


-

Tìm hiểu các phương pháp cân bằng tải phân phối của các nhà nghiên
cứu đi trước.

-

Ứng dụng chương trình PSS/ADEPT phân hệ TOPO tái cấu hình lưới
điện hạ thế của 03 trạm tại Điện lực Tân Phước.

1.3 Phương pháp thực hiện
Chúng ta sử dụng các phương pháp sau:
-

Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề cân
bằng tải lưới điện.

-

Cơ sở lý thuyết liên quan đến luận văn nghiên cứu.

-

Thành tựu lý thuyết đã đạt được có liên quan đến luận văn nghiên cứu.

-

Kết quả nghiên cứu đã công bố trên các ấn phẩm và có liên quan đến
luận văn nghiên cứu.

-

Các số liệu thống kê liên quan đến luận văn nghiên cứu.

-

Dựa trên kết quả nghiên cứu để cân bằng tải giữa các TBA thực tế tại
Điện lực Tân Phước nhằm giảm tổn thất điện năng.

1.4 Cấu trúc luận văn
Luận văn bao gồm các chương sau:
-

Chương 1: Giới thiệu luận văn

-

Chương 2: Tổng quan

-

Chương 3: Phương pháp tiếp cận

-

Chương 4: Áp dụng vào lưới điện phân phối điện lực Tân Phước

-

Chương 5: Kết luận

2

Luan van


Chương 2

TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan
Hiện nay, Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã và đang nỗ lực trong “cuộc chiến”
giảm thiểu tổn thất về điện năng. Theo thống kê của EVNSPC, năm 2017 tổng tổn
thất điện năng 4,44%, tổng sản lượng điện thương phẩm đạt 60 tỷ 330 triệu kWh. Một
số nguyên nhân chính gây tổn thất điện như thiếu cơng suất vơ cơng giờ cao điểm,
dịng điện tải trên hệ thống sẽ rất lớn dẫn đến tổn thất trên đường dây tăng. Một vấn
đề khác là trong cơ cấu phụ tải điện ánh sáng, sinh hoạt vẫn chiếm tỷ trọng lớn, sản
lượng điện công nghiệp thấp và công tác quản lý vẫn còn hạn chế, vẫn còn tổn thất
thương mại. 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.
Chính vì những điều này, một bài tốn khó khăn đã được đặt ra là bằng cách
nào đơn giản nhất có thể với kinh phí thấp nhất để làm giảm tổn thất điện năng trên
toàn lưới điện.

Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng và nâng cao
độ tin cậy trên lưới điện phân phối như:
-

Nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối.

-

Hạn chế vận hành không đối xứng.

-

Giảm chiều dài đường dây.

-

Cải tạo nâng tiết diện dây dẫn hoặc giảm bán kính cấp điện của các trạm

biến áp tỷ lệ tổn thất thấp, lõi thép làm bằng vật liệu thép tốt.
Tuy 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. Chẳng hạn, phụ tải có đặc điểm biến động theo thời gian
và tăng lên theo khu vực, do đó dung lượng thiết bị bù cơng suất phản kháng tại các
nút sẽ luôn thay đổi chứ không bất biến. Do vậy cần phải xác định lại các vị trí lắp

3

Luan van


đặt và điều chỉnh lượng công suất bù trên lưới điện khi cần thiết. Với vị trí lắp đặt và

lượng cơng suất bù tối ưu, có thể giảm tổn thất điện năng [1, 2]. Vận hành không đối
xứng ảnh hưởng đến tỷ lệ tổn thất nhưng việc xác định và phân tích các phương án
vận hành tìm ra phương án tối ưu rất khó khăn. Trong [3, 4, 5], biện pháp cân bằng
tải trên lưới cũng có thể giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng công
suất giữa các tuyến dây mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện. Khơng chỉ
dừng lại ở mục tiêu giảm tổn thất điện năng, cân bằng tải phân phối cịn có thể nâng
cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu
thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây.
Trong quá trình vận hành, [4, 6, 7] thực tế việc cân bằng tải nhằm giảm tổn
thất công suất và nâng cao độ tin cậy trong điều kiện phải thoả mãn các ràng buộc kỹ
thuật với hàng trăm khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vơ cùng khó khăn
đối với các nhân viên vận hành. Do đó ln cần một phương pháp phân tích phù hợp
với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để cân bằng tải trong điều
kiện thoả mãn các mục tiêu điều khiển của các điều độ viên.
Tuy nhiên, một vài khó khăn đã xảy ra trong việc xử dụng phương pháp cân
bằng tải lưới điện đó chính là:
- Lưới điện phân phối của Điện lực Tân Phước thường có khoảng 200 –
900 nút phụ tải (tương đối lớn) với khoảng 100 – 500 nhánh, do đó việc
tính tốn các thơng số kỹ thuật vận hành gặp rất nhiều khó khăn, mặc dù
trên thực tế đã có khá nhiều phần mềm áp dụng để quản lý kể cả trong khâu
kỹ thuật cũng như khâu kinh doanh.
- Chúng ta khơng có đồ thị phụ tải P(t) và Q(t), mà chỉ có điện năng tiêu
thụ A, gây khó khăn cho việc tính tốn.
2.2 Các phương pháp giải bài tốn tổn hao, giảm

A

Có rất nhiều phương pháp để giải bài toán tổn hao dưới đây là sáu bài toán
thường được sử dụng nhiều nhất
Bài toán 1 : Cực tiểu hàm chi phí vận hành.

Bài tốn 2:

Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng.

4

Luan van


Bài tốn 3:

Cân bằng cơng suất giữa các đường dây và trạm biến áp

Bài tốn 4:

Khơi phục lưới điện phân phối sau sự cố.

Bài toán 5:

Cân bằng tải theo hàm đa mục tiêu.

Bài tốn 6:

Xác định cấu hình lưới giảm

P là bài toán quan trọng

nhất.
Các bài toán xác định cấu hình 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.
2.1.1 Bài toán 1 – Cực tiểu hàm chi phí vận hành
Hàm mục tiêu này rất phù hợp với lưới điện phân phối có chi phí chuyển tải
thấp, linh hoạt trong vận hành, cấu hình lưới có thể thay đổi nhiều lần trong ngày. Đi
đầu trong nghiên cứu bài tốn này có lẽ là C.S.Chen và M.Y. Cho khi có xem xét sự
khác biệt giữa thời gian khảo sát ngắn (24 giờ) và dài (tuần, mùa). Lưu đồ giải thuật
xác định cấu hình lưới điện để có chi phí vận hành thấp của Chen và Cho được trình
bày tại hình 1.1 trong lưu đồ này, modul quan trọng nhất là modul chỉ ra cấu hình vận
hành tối ưu trong thời khoảng Ti, và được đánh giá là bài tốn 3. Việc thay đổi cấu
hình lưới như sau: Xuất phát từ một cấu hình lưới điện tối ưu tại một thời điểm nào
đó - bài tốn 3, sau đó so sánh tổn thất cơng suất giữa cấu hình cũ và cấu hình mới
để xác định cấu hình vận hành cho thời điểm tiếp theo, quá trình được xem xét cho
đến hết 24 giờ.
Ưu điểm nổi bật là giải thật đơn giản, trong sáng. Tuy nhiên thời gian giải lâu
do phải lặp lại bài toán 3 theo từng thời đoạn trong thời gian khảo sát, tác giả cũng
không lý giải chặt chẽ giá trị công suất đẳng trị của phụ tải để xác định cấu hình tối
ưu trong thời đoạn Ti. Quan trọng hơn, cấu hình vận hành hồn tồn phụ thuộc vào
thời đoạn xét ban đầu. bài tốn 1 chỉ thực sự phù hợp cho lưới điện có hệ thống
SCADA hồn chỉnh và các khố điện được điều khiển từ xa khi áp dụng cho lưới điện
thực tế.

5

Luan van


Begin
Dữ liệ u và o : Lướ i điệ n , khoá , tả i
T=T+1
Ướ c tính mứ c giả m tổ n thấ t

Tính toá n hà m chi phí, chỉ
ra cấ u trú c vậ n hà n h tố i ưu

Y
N

Độ giả m tổ n thấ t <
N

T > 24

Lự a chọ n thao tá c
khoá có mứ c giả m
tổ n thấ t lớ n nhấ t

Y
Vi phạ m cá c điề u kiệ n

Y

N
Cậ p nhậ t cấ u trú c lướ i điệ n
Stop

Hình 2.1 Lưu đồ giải thuật của Chen và Cho
2.1.2 Bài toán 2 – Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng
Trong thực tế, ngay cả ở những nước công nghiệp tiên tiến, chi phí chuyển tải
ảnh hưởng rất lớn đến quyết định thay đổi cấu hình lưới. Vì đơi khi chi phí này lớn
hơn nhiều lợi ích thu được. Vì thế trong vận hành, cấu hình lưới chỉ thay đổi khi:
-

Phải cô lập sự cố và cân bằng tải chống quá tải lưới, máy biến thế nguồn

-

Mức giảm tổn thất năng lượng ít nhất đủ bù đắp các chi phí chuyển tải.
Vì vậy xuất hiện bài tốn 2 - Xác định cấu hình lưới điện khơng đổi trong thời

gian khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất.
Tiếp cận bài toán này, Rubin Taleski đề nghị một giải thuật cũng dựa vào giải
thuật giảm tổn thất công suất thuần heuristic của Civanlar nhưng thay hàm tổn thất
công suất bằng hàm tổn thất năng lượng được xây dựng bằng cách cộng đồ thị phụ
tải và điện áp trung bình tính trong 24 giờ theo lưu đồ hình 1.2.

6

Luan van


- Cài tất cả các vòng ở trạng thái không tối ưu
- Tối ưu hoá các vòng độc lập
- Tính điện áp trung bình tại các nút và dòng công suất trung bình
- Đánh dấu các vòng ở trạng thái không tối ưu khi có dòng công suất thay đổi

Có vòngchưa
tối ưu không

Không

Có

- Chọn vòng kế tiếp để tối ưu hoá
- Ước tính tổn thất năng lượng sẽ giảm
- Chọn nhành trong vòng để mở

Tìm được
nhánh mở tốt

Có

Không
Đánh dấu vòng vừa mở là tối ưu
Thay đổi cấu trúc lưới và lưu trữ để so sánh với vòng lặp kế tiếp
Cấu trúc lưới điện tối ưu

Hình 2.2 Lưu đồ giải thuật của Rubin Taleski và Dragoslav
Ưu điểm nổi bật của giải thuật là số vịng lặp của bài tốn giảm
số vịng lặp tìm cấu trúc lưới có

A bằng với

P sau khi qui đổi đồ thị phụ tải, điện áp thành một

lượng cơng suất đẳng trị để có thể sử dụng cơng thức giảm tổn thất công suất.
Tuy nhiên những nhược điểm cơ bản của giải thuật có thể liệt kê như sau:
-

Thời gian giải lâu do phải tính lại độ giảm tổn thất công suất đẳng trị (đại

diện cho việc giảm

A) trên một vịng kín khi đánh giá tìm vịng kín chuyển tải

tốt nhất.
-

Khi trên lưới có quá nhiều loại đồ thị phụ tải, xác định tổn thất công suất

đẳng trị cũng rất phức tạp làm giảm tốc độ tính tốn đáng kể do phải tính các chỉ
P

Q

số  2 , 2 khi cộng các đồ thị phụ tải với nhau.
-

Trong thực tế, để có đầy đủ đồ thị phụ tải của tải là điều khó khăn.

7

Luan van


2.1.3 Bài tốn 3 – Cân bằng cơng suất giữa các đường dây và trạm biến
áp
Giải thuật này áp dụng phù hợp cho những khu vực thường xuyên bị quá tải
hay có phụ tải khơng ổn định. Tim Taylor đề nghị một hàm mục tiêu khác nhưng chỉ
xem xét đến cân bằng tải giữa các máy biến thế nguồn của lưới điện phân phối.
H.Yuan-Yih Hsu cũng sử dụng hàm mục tiêu tương tự nhưng áp dụng cho toàn
bộ phần tử lưới điện gồm máy biến thế, khoá điện, đường dây.
Nhưng đơn giản và hiệu quả nhất có lẽ là Baran khi đưa ra hàm mục tiêu cân

bằng tải cho toàn bộ các phần tử trên lưới điện dựa vào bài toán 3 để giải quyết. Với
lý luận này, Baran đã chuyển bài tốn tái cấu hình cân bằng tải thành bài tốn tái cấu
hình giảm tổn thất cơng suất.
2.1.4 Bài tốn 4 – Khơi phục lưới điện phân phối sau sự cố
Đây là mục tiêu được đông đảo các nhà khoa học đề cập trong các nghiên cứu
của mình. Tuy có nhiều hướng nghiên cứu riêng biệt nhưng chủ yếu các giải thuật
vẫn theo các trình tự như sau:
- Loại bỏ phần tử bị sự cố trên lưới.
- Cân bằng tải để cấp điện với số khách hàng tối đa mà không gây quá tải.
Các giải thuật nghiêng về cách sử dụng hàm mục tiêu cân bằng tải và giảm số lần
thao tác khố để khơi phục lưới. Những nghiên cứu sâu về bài toán này phải kể đến
nghiên cứu của Liu hay của Tomsovic…
2.1.5 Bài toán 5 - Cân bằng tải theo hàm đa mục tiêu
Trong vận hành lưới điện phân phối có rất nhiều mục tiêu vận hành mà nhân
viên vận hành phải lựa chọn sao cho phù hợp với các đặc tính của lưới điện tại khu
vực mà mình đang trực tiếp vận hành. Tuy nhiên, việc chọn duy nhất một mục tiêu
điều khiển theo từng thời điểm tỏ ra khơng có tính thuyết phục đối với người vận
hành hơn khi cùng lúc thỏa mãn nhiều mục tiêu cùng lúc. Đã có nhiều nghiên cứu
trong việc giải quyết bài toán đa mục tiêu như của Baran trong khi xem xét cả 2 mục
tổn thất công suất và cân bằng tải. Vấn đề được xem xét đến cả trong việc giảm độ
sụt áp khi xét hàm giảm tổn thất cơng suất. Lại có đề nghị một hàm đa mục tiêu bao

8

Luan van


gồm: Cực tiểu tổn thất công suất, cân bằng tải giữa các máy biến thế, cực tiểu tổn thất
điện áp, cực tiểu số lần đóng cắt và cân bằng số tải quan trọng trên các máy biến thế
trung gian.

Nhận xét:
Các nghiên cứu trên đều đưa ra hàm đa mục tiêu gồm các hàm mục tiêu cơ bản
có quan hệ tuyến tính với hàm F. Điều này gặp một số khuyết điểm như sau:
- Do hàm đa mục tiêu được xây dựng là tổ hợp tuyến tính của các mục tiêu cơ
bản, nên cần xác định các hệ số trọng lượng giữa các thành phần này. Tuy nhiên,
không thể áp dụng các hệ số giống nhau giữa các khu vực khác nhau, giữa lưới nổi
và ngầm hay giữa các quốc gia khác nhau.
- Đối với hệ thống lưới phân phối nổi trải trên một diện tích rộng lớn thì việc
giảm tổn thất điện áp là mục tiêu quan trọng hơn cả mục tiêu giảm tổn thất công suất
hay cân bằng tải vì ở đây lưới điện có cơng suất tải tiêu thụ khơng lớn. Ngược lại
hồn tồn đối với lưới điện trong thành phố, khu công nghiệp do độ tập trung phụ tải
cao nên việc cân bằng tải đơi khi cịn quan trọng hơn cả việc giảm tổn thất công suất
tác dụng.
- Hơn nữa, rất khó xác định hệ số trọng lượng nêu trên với nhau cho bước thay
đổi cấu hình lưới tiếp theo vì chúng phụ thuộc hồn tồn vào đồ thị phụ tải trong
ngày. Ngay cả khi lựa chọn mục tiêu cân bằng công suất và giảm tổn thất công suất,
hay phải xem xét giảm độ sụt áp cuối lưới và cân bằng số tải trên các máy biến thế
của trạm trung gian, mục tiêu nào quan trọng hơn cũng thực sự gây tranh cãi. Vào giờ
cao điểm, rõ ràng nên vận hành sao cho mức cân bằng công suất trên lưới là tốt hơn
việc giảm tổn thất công suất và thoả mãn các điều kiện vận hành, nhưng nếu cân bằng
cơng suất trên lưới thì có thể dẫn đến việc sụt áp lớn hơn giá trị cho phép. Vào giờ
thấp điểm, phụ tải tiêu thụ giảm mạnh, lúc này hệ số trọng lượng lại nặng về phía tổn
thất cơng suất giảm vì rất khó xảy ra q tải trong thời điểm này.
Vì vậy, để mơ tả tỷ trọng giữa các mục tiêu trong hàm đa mục tiêu tốt hơn, cần
phải xem các quan hệ giữa các hàm mục tiêu cơ bản và hàm đa mục tiêu là quan hệ

9

Luan van