(Luận văn thạc sĩ hcmute) xác định vị trí, dung lượng của máy phát điện phân tán có xét đến bài toán tái cấu trúc lưới bằng giải thuật di truyền
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.39 MB, 90 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ANH TUẤN
XÁC ÐỊNH VỊ TRÍ, DUNG LUỢNG CỦA MÁY PHÁT ÐIỆN
PHÂN TÁN CĨ XÉT ÐẾN BÀI TỐN TÁI CẤU TRÚC LUỚI
BẰNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN
NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202
S K C0 0 5 2 1 3
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2017
Luan van
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 02/2017
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ANH TUẤN
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ, DUNG LƯỢNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN
PHÂN TÁN CĨ XÉT ĐẾN BÀI TỐN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI
BẰNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PSG.TS TRƯƠNG VIỆT ANH
Luan van
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC
Họ và tên: Nguyễn Anh Tuấn
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 08.11.1975
Nơi sinh: Đức Lập - Đức Thọ - Hà Tĩnh
Quê quán: tỉnh Hà Tĩnh
Dân tôc: Kinh
Chổ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 96/9C đường Phạm Văn Đồng, phường
Hoa Lư, Tp. Pleiku, tỉnh Gia Lai.
Điện thoại liên lạc: 0982.01.04.44
Điện thoại cơ quan:
E - mail:
Fax:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO :
1. Cao đẳng:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 1992 đến 1996;
Nơi học: Trường sư phạm kỹ thuật 3 (Học tại trường Công nhân kỹ thuật cơ
điện Quy Nhơn)
Ngành học: Điện xí nghiệp & dân dụng;
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Hoàn chỉnh ĐHTC
Thời gian đào tạo từ 10/2006 đến 10/2008
Nơi học: Trường Đại học SPKT TP. Hồ Chí Minh, số 01 đường Võ Văn
Ngân, quận Thủ Đức, Tp. HCM;
Ngành học: Điện khí hóa và cung cấp điện
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Xét tốt nghiệp
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận văn hoặc thi tốt nghiệp: 01/12/2008 tại
trường Đại học SPKT TP. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn:
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
i
Luan van
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
Điện lực Ia Grai – Công ty
Từ 2008-2014
Từ 2014 – 2017
Từ 2015-2017
Điện lực Gia Lai
Điện lực Chư Prông – Công ty
Giám đốc Điện lực
Giám đốc Điện lực
Điện lực Gia Lai
Học cao học tại trường đại
học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.
HCM
ii
Luan van
Học viên
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 21 tháng 02 năm 2017
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Anh Tuấn
iii
Luan van
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian dài học tập nhằm trang bị và nâng cao kiến thức cho bản thân,
từ giai đoạn học đại học và nay đang hoàn thiện luận văn thạc sỹ tại trường Đại học
sư phạm kỹ thuật, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của q Thầy
Cơ, gia đình và bạn bè. Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến q Thầy Cơ
đã hết lịng để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian
học tập. Đã truyền đạt cho chúng em được tiếp cận với những kiến thức mới, những
phương pháp nghiên cứu khoa học cơ bản để sau này có thể tự đứng vững trên đơi
chân của mình . Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Trương Việt Anh đã luôn sát
cánh để chỉ bảo, hướng dẫn trực tiếp về lĩnh vực mà em nghiên cứu. Nếu khơng có
sự tận tình hướng dẫn, dạy bảo của thầy, em nghĩ luận văn này của em rất khó có
thể hồn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy. Bước đầu đi vào
thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của em
còn hạn chế và cịn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, khơng tránh khỏi những thiếu sót là điều
chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy
Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện
hơn.
Một lần nữa, em xin kính chúc q Thầy Cơ cùng gia đình dồi dào sức khỏe, hạnh
phúc. Tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế
hệ mai sau.
Trân trọng cảm ơn!
TP. HCM, ngày 20 tháng 02 năm 2017
Học viên thực hiện
Nguyễn Anh Tuấn
iv
Luan van
TĨM TẮT
Luận văn trình bày phương pháp xác định vị trí và cơng suất nguồn phân tán có
xét đến tái cấu trúc lưới dựa trên giải thuật di truyền. Mục tiêu chính của bài tốn là
giảm tổn thất cơng suất tác dụng và tối đa công suất phát của các nguồn phân tán.
Phương pháp đề xuất được thực hiện trên lưới điện 33 nút và lưới điện phân phối
huyện Chư Prơng, tỉnh Gia Lai. Kết quả tính tốn cho thấy phương pháp có thể
được áp dụng cho lưới điện phân phối huyện Chư Prông và các lưới điện phân phối
khác trong tương lai.
ABSTRACT
The thesis presents a method to detemine locataions and sizes of distributed
generators considering distributed network reconfiguration based on genetic
algorithms. The main objective of the problem is reduction of active power losses
and maximum of power of distributed generators. The proposed method is
performed on the 33 nodes distribution system and the distribution system of Chu
Prong district, Gia Lai province. Calculated results show that the method can be
applied to the distribution system of Chu Prong and others in the future.
v
Luan van
MỤC LỤC
Trang tựa
trang
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân
i
Lời cam đoan
iii
Lời cảm ơn
iv
Tóm tắt
v
Mục lục
vi
Danh sách các chữ viết tắt
ix
Danh sách các hình
x
Danh sách các bảng
xii
Chương 1. GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ...............................................Trang 1
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
1.2 1.1.1 Những hiệu quả khi tái cấu trúc lưới và phát triển nguồn điện phân tán . .2
1.3 1.1.2 Những ảnh hưởng khi tái cấu trúc lưới và phát triển nguồn điện phân tán3
1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ luận văn .......................................................................... 3
1.5 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 4
1.6 Phương pháp giải quyết bài toán ........................................................................ 4
1.7 Điểm mới của luận văn....................................................................................... 4
1.8 Giá trị thực tiễn của luận văn ............................................................................. 4
1.9 Bố cục của luận văn ............................................................................................ 4
Chương 2 : TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN
ĐIỆN PHÂN TÁN ........................................................................................... 6
2.1 Tổng quan về lưới điện phân phối:
2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối ..................................................... 6
2.1.2 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối ................................................................ 8
vi
Luan van
2.1.3 Chế độ vận hành lưới điện phân phối ............................................................ 8
2.1.4 Ứng dụng các đặc điểm của lưới điện phân phối để tái cấu trúc lưới điện . 11
2.2 Tổng quan về nguồn điện phân tán .................................................................... 11
2.2.1 Khái niệm .................................................................................................. 11
2.2.2 Phân loại nguồn phân tán .......................................................................... 12
2.2.3 Máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong ................................................. 13
2.2.4 Nguồn điện sử dụng năng lượng mặt trời .................................................. 14
2.2.5 Pin nhiên liệu (Fuel cell-FC) ..................................................................... 15
2.2.6 Máy phát điện Turbine gió (Wind turbine-WT) ........................................ 15
2.2.7 Máy phát điện Turbine khí (Combustion Turbine – CT) .......................... 17
2.2.8 Thủy điện nhỏ ............................................................................................ 17
2.2.9 Mục đích sử dụng nguồn điện phân tán (DG) ........................................... 18
2.3. Bài toán xác định cấu trúc vận hành lưới điện phân phối kết hợp với máy phân
tán .............................................................................................................................. 19
2.4 Một số nghiên cứu khoa học liên quan ............................................................... 21
Chương 3 : XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ CƠNG SUẤT NGUỒN PHÂN TÁN
CĨ XÉT ĐẾN BÀI TỐN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI.................................. 24
3.1 Hàm mục tiêu ........................................................................................... 24
3.2 Điều kiện ràng buộc ................................................................................. 26
3.2.1 Cấu trúc hình tia ............................................................................ 26
3.2.2 Giới hạn dòng điện trên các nhánh và điện áp nút........................ 26
3.2.3 Giới hạn điện áp các nút ................................................................ 26
3.2.3 Giới hạn công suất phát của các máy............................................. 26
3.3 Áp dụng giải thuật di truyền xác định vị trí và cơng suất máy phát điện
phân tán có xét đến bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối ....................... 27
3.3.1 Giải thuật di truyền ....................................................................... 27
3.3.2 Phương pháp đề nghị ..................................................................... 29
3.4. Kiểm tra phương pháp đề nghị............................................................... 35
vii
Luan van
3.4.1 Hệ thống 33 nút ............................................................................ 35
3.4.1.1 Lựa chọn thông số ..................................................................... 35
3.4.1.2.Kết quả kiểm tra ........................................................................ 36
3.4.1.2.1 Hàm đơn mục tiêu giảm tổn thất công suất ........................... 36
3.4.1.2.2 Hàm đa mục tiêu giảm tổn thất công suất và tối đa công suất
phát của các máy phát phân tán....................................................................... 41
Chương 4: TÍNH TỐN LƯỚI ĐIỆN HUYỆN CHƯ PRƠNG .............. 46
4.1 Giới thiệu lưới điện huyện Chư Prông ...................................................... 46
4.1.1 Lưới điện ........................................................................................ 46
4.1.2 Các nguồn thủy điện nhỏ đang phát lên lưới ................................. 47
4.2 Một số số liệu các xuất tuyến .................................................................... 48
4.2.1 Các xuất tuyến chính ...................................................................... 48
4.2.2 Số liệu sự cố điển hình ................................................................... 48
4.3 Tổn thất cơng suất trung áp các xuất tuyến của tháng 3 năm 2016 .......... 49
4.4 Xác định vị trí và cơng suất nguồn phân tán có xét đến bài tốn tái cấu
trúc lưới áp dụng trên LĐPP Chư Prông ............................................................. 49
4.4.1 Lựa chọn thông số ................................................................................... 49
4.4.2 Kết quả kiểm tra ...................................................................................... 50
4.4.2.1 Hàm đơn mục tiêu giảm tổn thất công suất .......................................... 50
4.4.2.2 Hàm đa mục tiêu giảm tổn thất công suất và tối đa công suất phát của
các máy phát phân tán ............................................................................................... 52
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 55
5.1 Kết luận ..................................................................................................... 55
5.2 Hướng phát triển của luận văn .................................................................. 55
Phụ lục
Phụ lục 1. Bảng 3.1: Thông số mạng 33 nút .......................................................... .57
viii
Luan van
Phụ lục 2. Bảng 4.4:Công suất đặt tại các nút trên hệ thống lưới điện huyện
Chư Prông
58
Phụ lục 3. Bảng 4.5: Thơng số đường dây tính tốn .............................................. .65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 70
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
-
TBA: Trạm biến áp
-
TA/HA: Trung áp/hạ áp
-
CA/TA : Cao áp/trung áp
-
DCL: Dao cách ly
-
LBS : Dao cắt có tải
-
CCĐ: Cung cấp điện
-
LĐPP: Lưới điện phân phối
-
PV: Năng lượng mặt trời (photovoltaic)
-
CIGRE : Hội đồng quốc tế về các hệ thống điện lớn
-
DG : nguồn phân tán (Distributed generation)
-
DOE : Ban năng lượng Mỹ
-
EPRI : Viện nghiên cứu năng lượng Mỹ
-
CIGRE : Hội đồng quốc tế về các hệ thống lơn
-
FCO : Cầu chì tự rơi (Fuse cut out )
-
LBFCO : cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải (Load break fuse cut out)
-
ICE : Máy phát động cơ đốt trong (Internal Combustion Engines)
-
WT : Máy Phát Turbine Gió (wind )
-
FC : Fuel Cell-FC : Pin nhiên liệu
-
CT : Combustion Turbine : Turbine khí
-
GA : Genetic Algorithm : Thuật tốn di truyền
ix
Luan van
-
HSA: Harmony Search Algorithm : thuật tốn tìm kiếm hài hịa
-
FWA: thuật tốn tối ưu pháo hoa
-
CSA: giải thuật cuckoo search algorithm
-
NST: Nhiễm sắc thể
-
PSM : Particle Swarm Method : Thuật toán bầy đàn
-
SA : Simulated Annealing Method : Phương pháp mô phỏng luyện kim
x
Luan van
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
Trang
Hình 2.1:
Sơ đồ ngun lý lưới điện phân phối điển hình
6
Hình 2.2:
Sơ đồ khối hệ thống điện
7
Hình 2.3:
Các chế độ vận hành của lưới điện phân phối
9
Hình 2.4:
Sơ đồ phân loại nguồn điện phân tán
13
Hình 2.5:
Máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong
13
Hình 2.6:
Nhà máy năng lượng mặt trời và Pin mặt trời
14
Hình 2.7:
Nguyên lý làm việc của pin nhiên liệu loại axit phosphoric
15
Hình 2.8:
Turbine gió
16
Hình 2.9:
Turbin khí
17
Hình 2.10:
Mơ hình nhà máy thủy điện
18
Hình 3.1:
Cơ chế ghép chéo
31
Hình 3.2:
Cơ chế đột biến
32
Hình 3.3:
Lưu đồ giải thuật đề nghị
34
Hình 3.4:
Lưới điện 33 nút
36
Hình 3.5:
Vị trí DG và cấu trúc lưới tối ưu giảm tổn thất cơng suất
39
Hình 3.6:
Điện áp các nút trước và sau khi thực hiện tối ưu giảm tổn thất cơng
suất
39
Hình 3.7:
Tổn thất cơng suất trên các nhánh
40
Hình 3.8:
Đặc tuyến hội tụ của phương pháp đề nghị hàm đơn mục tiêu
40
Hình 3.9:
Điện áp các nút khi tối ưu vị trí DG với tối đa cơng suất phát
43
Hình 3.10:
Điện áp các nút trong hai trường hợp đơn mục tiêu và đa mục tiêu 44
Hình 3.11:
Tổn thất công suất trên các nhánh trong trường hợp đa mục tiêu
44
Hình 3.12:
Đặc tính hội tụ hàm đa mục tiêu
45
Hình 4.1:
Sơ đồ ngun lý lưới điện 257 nút Chư Prơng
51
Hình 4.2.
Điện áp các nút trước và sau khi thực hiện tối ưu khóa điện và DG 66
xi
Luan van
Hình 4.3:
Đặc tuyến hội tụ của phương pháp đề nghị hàm đơn mục tiêu
Hình 4.4:
Điện áp các nút trong hai trường hợp đơn mục tiêu và đa mục tiêu 67
Hình 4.5:
Đặc tính hội tụ hàm đa mục tiêu
xii
Luan van
67
68
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
Trang
Bảng 3.1:
Thông số mạng 33 nút
36
Bảng 3.2:
Kết quả thực hiện trên mạng 33 nút với mục tiêu giảm tổn thất công
suất
41
Bảng 3.3:
So sánh kết quả thực hiện với một số phương pháp
Bảng 3.4:
Kết quả thực hiện trên mạng 33 nút với mục tiêu giảm tổn thất công
suất kết hợp với tối đa công suất phát của DG
42
45
Bảng 4.1:
Cơng suất các nhà máy thủy điện hiện có trên địa bàn
48
Bảng 4.2:
Số liệu cơ bản các xuất tuyến cung cấp điện huyện Chư Prông
48
Bảng 4.3:
Thống kê sự cố lưới điện huyện Chư Prông năm 2013 - 2015
52
Bảng 4.4:
Công suất đặt tại các nút trên hệ thống lưới điện huyện Chư Prơng 51
Bảng 4.5:
Thơng số đường dây tính tốn
Bảng 4.6:
Kết quả thực hiện trên LĐPP Chư Prông với mục tiêu giảm tổn thất
công suất
Bảng 4.7.
58
65
Kết quả thực hiện trên hệ thống Chư Prông với mục tiêu giảm tổn thất
công suất kết hợp với tối đa công suất phát của DG
xiii
Luan van
68
Chương 1
GVHD: TS. Trương Việt Anh
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Điện là một dạng năng lượng đặc biệt, vì năng lượng điện khơng thể dễ dàng
tích trữ với lượng lớn, nhưng nhu cầu phụ tải đòi hỏi phải đáp ứng cơng suất tại mọi
thời điểm. Điều này địi hỏi các Nhà quy hoạch năng lượng, các công ty sản xuất và
kinh doanh điện phải tính tốn đến các giải pháp tối ưu việc truyền tải, phân bố
công suất trên hệ thống lưới điện.
Nhu cầu tiêu thụ năng lượng điện tăng một cách nhanh chóng trên tất cả mọi
lĩnh vực (vượt qua tất cả các nhu cầu sử dụng năng lượng khác), từ nhu cầu thiết
yếu của đời sống xã hội đến nhu cầu để phát triển kinh tế, xã hội, khoa học công
nghệ của các quốc gia, và kể cả việc để đảm bảo tốt an ninh chính trị thì an ninh
năng lượng điện cũng được đặt lên hàng đầu.
Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, các thiết bị sử dụng điện (đặc biệt là
các thiết bị cơng nghệ cao) ngày càng địi hỏi nguồn điện cung cấp phải đảm bảo về
chất lượng.
Vấn đề đặt ra cho các Công ty sản xuất và kinh doanh điện là làm sao vừa đảm
bảo đáp ứng được các vấn đề nêu trên, vừa đảm bảo lợi ích kinh tế cao nhất của nhà
sản xuất, vừa đảm bảo tính cạnh tranh trong điều kiện nguồn lực tài chính có hạn.
Trong khi đó chiều dài, phụ tải của lưới điện phân phối phát triển một cách nhanh
chóng kể cả ở khu vực thành thị lẫn nông thôn, miền núi dẫn đến công suất đỉnh chỉ
xảy ra tại vài giờ trong ngày, lưới điện bị sụt áp, tổn thất truyền tải trên đường dây
tăng, chi phí sản xuất điện tăng theo.
Đã có nhiều giải pháp kỹ thuật được đưa ra, như là nâng công suất các trạm
trung gian, lắp đặt các hệ thống tụ bù, nâng tiết diện dây dẫn, lắp đặt các thiết bị
FACTS, lắp đặt công tơ 3 giá cho khách hàng nhưng cũng chỉ giải quyết được một
phần vấn đề trên.
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 1
Luan van
Chương 1
GVHD: TS. Trương Việt Anh
Tái cấu trúc lưới điện phân phối và tối ưu vị trí máy phát điện phân tán là một
trong những giải pháp để giải quyết vấn đề đã đặt ra, nhiều nhà nghiên cứu đã tiến
hành nghiên cứu và thực nghiệm với nhiều phương pháp khác nhau để đi đến tối ưu
nhất về kết cấu lưới điện và vị trí đặt máy phát điện phân tán trên lưới điện phân
phối.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nguồn điện phân tán kết hợp với tái cấu trúc lại
lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều hiệu quả khi áp dụng trên lưới điện phân
phối. Nguồn điện từ các DG sẽ góp phần giảm bớt gánh nặng công 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 môi trường (đối với năng lượng tái tạo). 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, đáp ứng tốt về khả năng dự phịng cho hệ thống và có thời gian ngắn
trong việc đáp ứng nhu cầu cục bộ của từng vùng miền, đặc điểm riêng của phụ tải.
Lưới điện phân phối có đặc điểm là vận hành phức tạp, kết cấu hình tia, hình
xương cá, mạch kín nhưng thường vận hành hở, phụ tải phân bố và phát triển ít theo
quy hoạch nên việc tính tốn để tái cấu trúc lưới điện và xác định vị trí, dung lượng
của các DG là khá phức tạp. Vì vậy việc tìm các phương pháp, giải thuật để giải
quyết vấn đề đặt ra là cần thiết, đảm bảo sao cho bài tồn tính tốn đơn giản nhất,
nhanh nhất và có kết quả tốt nhất đối với điều kiện đã được đặt . Vấn đề đã được sự
quan tâm của rất nhiều các nhà khoa học, nhà nghiên cứu, các nghiên cứu sinh và
các tổ chức.
1.1.1 Những hiệu quả khi tái cấu trúc lưới và phát triển nguồn điện phân tán
- Giảm tổn thất điện năng trên đường dây.
- Giảm tải trên đường dây.
- Giảm chi phí vận hành.
- Giảm chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống.
- Nâng cao chất lượng điện năng.
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 2
Luan van
Chương 1
GVHD: TS. Trương Việt Anh
- 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.
1.1.2 Những ảnh hưởng khi tái cấu trúc lưới và phát triển nguồn điện phân tán
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 động thường gặp:
- Quá tải lưới điện cục bộ trong một số chế độ vận hành.
- 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.
- 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.
1.2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN
Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu việc: “Tối ưu vị trí và cơng suất của
nguồn phân tán có xét đến ảnh hưởng của tái cấu trúc lưới để giảm tổn thất công
suất trên lưới điện phân phối”.
- Nghiên cứu việc giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối khi có kết nối
DG.
- Xây dựng hàm đa mục tiêu sử dụng giải thuật Gen để giải bài tốn tìm vị trí
thích hợp để kết nối DG nhằm giảm tổn thất công suất.
- Kiểm chứng việc giảm tổn thất công suất bằng phần mềm PSS/ADEPT.
- Áp dụng giải thuật vào lưới điện phân phối mẫu và lưới thực tế.
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 3
Luan van
Chương 1
GVHD: TS. Trương Việt Anh
1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào bài tốn giảm tổn thất cơng suất
và huy động tối đa công suất phát của DG khi kết nối DG nhằm cực tiểu tổn thất
công suất.
1.4 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT BÀI TỐN
- Áp dụng các phương pháp giải tích mạng điện xây dựng hàm mục tiêu cực
tiểu tổn thất công suất và tối đa công suất phát của DG khi kết nối DG với lưới phân
phối.
- Sử dụng giải thuật di truyền giải bài tốn cực tiểu tổn thất cơng suất và tối đa
công suất phát của DG.
- Sử dụng chương trình tính tốn lưới điện PSS/ADEPT kiểm chứng kết quả.
1.5 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN
- Áp dụng giải thuật di truyền tìm vị trí và cơng suất tối ưu lắp đặt DG có xét
đến thay đổi cấu trúc lưới điện trên lưới phân phối cực tiểu tổn thất công suất và tối
đa công suất phát của DG.
- Áp dụng trên LĐPP thực tế huyện Chư Prông, Gia Lai nhằm đề xuất phương
pháp nâng cao hiệu quả LĐPP trong tương lai.
1.6 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN
- Cung cấp một giải thuật tìm vị trí tối ưu lắp đặt DG và cấu trúc lưới tối ưu
giảm tổn thất trên lưới.
- Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến DG và cấu trúc lưới.
- Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện khi
có kết nối DG, đặc biệt là Điện lực Chư Prông.
1.7 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Luận văn gồm 5 chương:
Chương 1: Giới thiệu đề tài.
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 4
Luan van
Chương 1
GVHD: TS. Trương Việt Anh
Chương 2: Tổng quan về lưới phân phối và DG.
Chương 3: Phương pháp tiếp cận.
Chương 4: Xác định vị trí và dung lượng DG có xét đến cấu hình lưới
trên hệ thống phân phối huyện Chư Prông, Gia Lai.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển cho đề tài.
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 5
Luan van
Chương 2
GVHD: TS. Trương Việt Anh
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
2.1 Tổng quan về lưới điện phân phối:
2.1.1.Đặc điểm lưới điện phân phối:
Lưới điện phân phối bao gồm các TBA (Trạm biến áp) và đường dây tải
điện, trực tiếp cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ. Lưới điện phân phối thực
hiện nhiệm vụ phân phối điện cho một địa phương (một thành phố, quận, huyện. . .)
có bán kính cung cấp điện nhỏ hơn 50 km, tuy nhiên thực tế hiện nay bán kính cấp
điện có khu vực có thể lên đến 100 km. Tổng chiều dài và số lượng máy biến áp
chiếm tỷ lệ lớn trong toàn hệ thống, số lượng lộ ra, nhánh rẽ lớn hơn 5 – 7 lần lưới
điện truyền tải. Đường dây tuy có bán kính cấp điện ngắn nhưng cấu trúc phức tạp.
Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý lưới điện phân phối điển hình
Lưới điện phân phối nhận điện từ các các trạm phân phối khu vực gồm:
Trạm 110/35-22-15-10-6 KV. Hiện nay lưới điện phân phối của Việt Nam đang quy
dần về cấp điện áp 22 KV, và một số cấp điện áp 35 KV. Hoặc một số trạm trung
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 6
Luan van
Chương 2
GVHD: TS. Trương Việt Anh
gian 35/22-15-10-6 KV. Phương thức cung cấp điện của lưới điện phân phối: Phân
phối theo một cấp trung áp. Trạm phân phối có thể là các trạm nâng áp của các nhà
máy điện phân tán, hoặc trạm phân phối khu vực dạng CA/TA (110/35-22-15-10-6
KV)
Hộ phụ tải
Mạng hạ áp
Trạm phân phối
Trạm nguồn
Mạng trung áp
Mạng hạ áp
Mạng trung áp
Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống điện
Lưới điện phân phối có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật
của tồn hệ thống, đó là:
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 7
Luan van
Chương 2
GVHD: TS. Trương Việt Anh
- Chất lượng cung cấp điện: ở đây là độ tin cậy cung cấp điện và độ dao động
của điện áp, tần số tại phụ tải
- Tổn thất điện năng: Thường tổn thất điện năng ở lưới phân phối lớn gấp 3
đến 4 lần so với tổn thất ở lưới truyền tải.
- Giá đầu tư xây dựng: nếu chia theo tỉ lệ cao áp, phân phối trung áp, phân
phối hạ áp thì vốn đầu tư mạng cao áp là 1, mạng phân phối trung áp, hạ áp thường
từ 2,5 đến 3 lần.
- Xác suất sự cố: Sự cố gây ngừng cung cấp điện, hoặc cắt điện để sữa chữa,
bảo quản theo kế hoạch, cải tạo, xây lắp đường dây và trạm phân phối mới,. . . Lưới
phân phối cũng nhiều hơn lưới truyền tải.
2.1.2 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.
2.1.3 Chế độ vận hành lưới điện phân phối:
Chế độ vận hành bình thường của lưới điện phân phối là vận hành hở, hình
tia hoặc dạng xương cá. Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, các nhà phân phối
đã dần tiến tới xây dựng lưới theo cấu trúc vòng nhưng vận hành hở.
Trong mạch vòng, các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly
hoặc thiết bị nối mạch vòng (Ring main unit, dao cắt có tải, Recloser). Các thiết bị
này vận hành ở vị trí mở. Trong trường hợp cần sữa chữa hoặc sự cố đường dây,
thiết bị, việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ chuyển đổi nguồn cung
cấp bằng thao tác đóng cắt các DCL phân đoạn, hay tự động chuyển đổi nhờ các
thiết bị nối mạch vòng.
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 8
Luan van
Chương 2
GVHD: TS. Trương Việt Anh
Hình 2.3 Các chế độ vận hành của lưới điện phân phối
So với mạng hình tia, mạng mạch vịng có chất lượng điện tốt hơn, đó chính
là lý do tồn tại của mạch vịng, song lại gây phức tạp về vấn đề bảo vệ rơle. Cấu
trúc mạch vòng chỉ phù hợp cho những máy TA/HA có cơng suất lớn và số lượng
trạm trên mạch vịng ít. Mặt khác, cùng với một giá trị đầu tư thì hiệu quả khai thác
mạch vịng kín sẽ thấp hơn so với mạch hình tia. Ngồi ra, do chất lượng phục vụ
của mạng hình tia đã liên tục được cải thiện, đặc biệt là những thập niên gần đây với
sự xuất hiện các thiết bị tự động, việc giảm bán kính cung cấp điện do xây dựng
thêm nhiều trạm phân phối trung gian, tăng tiết diện dây dẫn và bù công suất phản
kháng . . . nên chất lượng điện mạng hình tia đã được cải thiện nhiều.
Kết quả của các nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành đã đưa đến kết
luận: Lý do chính để lưới điện vận hành hình tia là đơn giản trong vận hành, trình tự
phục hồi lại kết cấu lưới sau sự cố dễ dàng hơn, vùng mất điện bé và không lan tràn
khi có sự cố, ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ, có dịng ngắn
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 9
Luan van
Chương 2
GVHD: TS. Trương Việt Anh
mạch bé nên đơn giản hóa các thiết bị đóng cắt và bảo vệ trên các xuất
tuyến,….Thông thường, việc tái cấu trúc lưới điện cần thiết để phục hồi việc cung
cấp điện cho các khách hàng sau sự cố, hoặc trong quá trình cắt điện để sửa chữa,
giảm tổn thất của hệ thống và cân bằng tải để tránh quá tải trên lưới,…. Việc khôi
phục lưới điện được thực hiện thông qua các thao tác đóng cắt các cặp khóa điện
nằm trên các mạch vịng, hoặc sử dụng các nguồn phân tán hiện có trong khu vực
do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khóa điện.
Nhưng lưới điện hình tia cũng có một số nhược điểm cần khắc phục là: Tổn
thất công suất trên hệ thống lớn, sụt áp trên đường dây cao, và độ tin cậy cung cấp
điện kém. Để khắc phục cần thay đổi cấu trúc lưới điện.
2.1.4 Ứng dụng các đặc điểm của lưới điện phân phối để tái cấu trúc lưới điện.
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 không 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, DCL…) 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 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:
HVTH: Nguyễn Anh Tuấn
Trang 10
Luan van
