Đồ án môn học điều khiển hệ thống điện công nghiệp đề tài vận hành tối ưu hệ thống điện phân phối

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (9.79 MB, 51 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ</b>

<b>---ĐỒ ÁN MƠN HỌC</b>

<b>ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP</b>

<i><b>Đề tài: </b></i><b>VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI </b>

<i><b>Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN:</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

2.1.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối...3

2.1.2. Các lý do vận hành hở Lưới điện phân phối...5

2.1.3. Các bài tốn tái cấu hình LĐPP ở góc độ vận hành...6

2.1.4. Thực trạng lưới phân phối hiện nay của Việt Nam...7

2.2. Các phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối giảm tổn thất cơng suất...8

2.2.1. Kết hợp heuristics và tối ưu hóa...9

2.2.2. Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics – Giải thuật Civanlar...9

2.2.3. Giải thuật heuristic vịng kín cho LĐPP có tụ bù và máy phát điện phân tán (DG)...11

2.3. Kết luận...12

CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI...13

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

3.1. Giới thiệu về lưới điện phân phối...13

3.1.1. Thông số lưới...13

3.1.2. Thông số tải...14

3.1.3. Đồ thị phụ tải...14

3.1.4. Đồ thị phát của hệ thống NLMT...14

3.2. Nội dung thực hiện...15

3.2.1. Số hóa đồ thị các nhánh dây 2-9 và 2-6 khi mờ các khóa điện trên các nhánh 4-14, 15-13...15

3.2.2. Nhập số liệu vào powerworld...17

3.2.3. Chỉnh nấc điều áp của máy biến áp khi mở khóa điện CB5...19

3.2.4. Mối liên quan giữa điện áp nút và dịng cơng suất giữa các nút:...23

3.2.5. Các biện pháp giảm tổn thất công suất và sụt áp lưới:...23

3.2.6. Nhập đồ thị phụ tải theo đồ thị phụ tải đặc trưng...28

3.2.7. Đóng khóa điện trên các nhánh...31

3.2.8. Đóng và mở lần lượt các khóa trên vịng để xác định tổn thất cơng suất của hệ thống...35

3.2.9. Sử dụng giải thuật Civanlar...36

3.2.10. Đường dây 6-7 bị sự cố (ngắn mạch hoặc q tải)...40

3.2.11. Tính tốn ngắn mạch bằng tay và bằng phần mềm powerworld tại bus 9 khi CB5 đóng và CB5 mở...43

KẾT LUẬN...48

TÀI LIỆU THAM KHẢO...49

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>MỤC LỤC HÌNH</b>

Hình 2.1. Vị trí và vai trị của lưới điện phân phối...3

Hình 2.2. Lưới điện phân phối đơn giản[1]...5

Hình 2.3. Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự...10

Hình 3.1. Mơ hình lưới điện và số liệu đề bài...13

Hình 3.2. Mơ hình lưới điện phân phối trên Power World...15

Hình 3.3. Mơ hình lưới điện khi mờ khóa 4-14, 15-13...15

Hình 3.4. Đồ thị của nhánh 2 - 9...17

Hình 3.5. Đồ thị của nhánh 6 - 16...17

Hình 3.6. Kết quả mơ phỏng sau khi chỉnh nấc điều áp của MBA...20

Hình 3.7. Kết quả mơ phỏng điện áp nút tại 10am...22

Hình 3.8. Kết quả mơ phỏng điện áp nút tại 1pm...22

Hình 3.9...23

Hình 3.10. Điện áp tại nút 5 sau khi chỉnh nấc điều áp của MBA...23

Hình 3.11. Lắp tụ tại nút 7...24

Hình 3.12. Tổng tổn thất cơng suất sau khi lắp tụ tại nút 7...24

Hình 3.13. Vị trí ban đầu của 2 máy phát NLMT...26

Hình 3.14. Vị trí 2 máy phát NLMT sau khi thay đổi...27

Hình 3.15. Đồ thị phụ tải các nút...30

Hình 3.16. Mơ hình lưới điện khi mở CB5...31

Hình 3.17. Sơ đồ tổng quát lưới điện...31

Bảng 3.14. Tổng tổn thất công suất khi ở các đường dây trên nhánh 2-6...32

Hình 3.18. Mơ hình lưới điện khi mờ nhánh 15-13...34

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Hình 3.19. Mơ hình lưới điện khi mờ nhánh 3 - 4...34

Hình 3.20. Mơ hình lưới điện khi mờ nhánh 3 – 4 và 15-13...35

Hình 3.21. Mơ hình lưới điện chạy tính tốn ngắn mạch...36

Hình 3.22...40

Hình 3.23. Mơ hình khi có sự cố ngắn mạch đường dây 6-7...41

Hình 3.24. Mơ hình tối ưu tổn thất cơng suất khi có sự cố đường dây 6-7...42

Hình 3.25...45

Hình 3.26. Mơ hình tính tốn khi ngắn mạch nút 9 và CB5 hở...45

Hình 3.27. Mơ hình tính tốn khi ngắn mạch nút 9 và CB5 hở...46

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Bảng 3.4. Thông số các nhánh 2-9, 6-16 sau khi chạy Time Step Simulation...16

Bảng 3.5. Số liệu tính tốn tải P...18

Bảng 3.6. Số liệu tính tốn tải Q...18

Bảng 3.7. Số liệu tính tốn hệ thống PV...19

Bảng 3.8. Dòng điện sau chạy Time Step Simulation tại 10am và 1pm...20

Bảng 3.9. Điện áp nút sau chạy Time Step Simulation tại 10am và 1pm...21

Bảng 3.10. Kết quả sau khi lắp tụ tại nhánh 2-9...25

Bảng 3.11. Kết quả sau khi lắp tụ tại nhánh 2-6...25

Bảng 3.12. Tổng tổn thất công suất theo từng thời đoạn...30

Bảng 3.13. Tổng tổn thất công suất khi ở các đường dây trên nhánh 2-9...32

Bảng 3.15. Tổng tổn thất điện năng theo từng thời đoạn...32

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Bảng 3.23...41

Bảng 3.24...42

Bảng 3.25. Thông số tại các nút khi ngắn mạch nút 9 và CB5 hở...43

Bảng 3.26. Thông số tại các nút khi ngắn mạch nút 9 và CB5 hở...44

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>LỜI CẢM ƠN</b>

Trước tiên, trong quá trình thực hiện đề tài “VẬN HÀNH TỐI ƯU HĨA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI” nhóm em chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Vinh Quan đã giúp đỡ tận tình và đưa ra nhiều những lời khun bổ ích giúp nhóm em hồn thành được báo cáo mơn học này. Đồng thời, nhóm em cũng gửi lời cảm ơn đến những nhóm bạn đã hỗ trợ và giúp đỡ nhóm em rất nhiều trong đề tài này.

Tuy nhiên, do hiểu biết còn hạn chế cũng như thời gian và giới hạn của đề tài nên không tránh khỏi có thiếu sót. Nhóm mong nhận được sự nhận và góp ý từ thầy để đề tài được hồn thiện hơn.

Chân thành cảm ơn.

Sinh viên thực hiện

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<b>CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI</b>

Lưới điện phân phối có vai trò rất quan trọng trong cả hệ thống điện ở nước ta. Tuy nhiên, tổn thất năng lượng trên lưới điện phân phối khoảng 7-8% trong khi trên lưới điện truyền tải là 2-3%. Vì vậy, việc tìm ra các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối là rất cần thiết để vừa nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện vừa mang lại lợi ích về kinh tế.[1]

Hiện nay, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất trong quá trình phân phối điện năng như: bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, hoặc tăng tiết diện dây dẫn. Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn nhiều chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị ban đầu. Trong khi đó, biện pháp tái cấu hình lưới điện thơng qua cách đóng/mở các cặp khố điện có sẵn trên lưới điện cũng có thể giảm đáng kể tổn thất điện năng mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện. Vì vậy, nhóm chọn nghiên cứu về phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối để giảm tổn thất năng lượng cho lưới điện.

<b>CHƯƠNG 2. TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI</b>

2.1. <b>Giới thiệu </b>

Các bài tốn vận hành LĐPP mơ tả các hàm mục tiêu tái cấu hình lưới điện: - Bài tốn 1: Xác định cấu hình lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để

- Bài tốn 4: Tái cấu hình lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện. - Bài tốn 5: Khơi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

- Bài toán 6: Xác định cấu hình lưới điện theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng đồng thời xảy ra. (Hàm đa mục tiêu)

- Bài tốn 7: Xác định cấu hình lưới điện để đảm bảo mục tiêu giảm lượng năng lượng do việc ngừng cung cấp điện hay nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của một LĐPP cực tiểu tổn thất năng lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện kỷ thuật vận hành ln là bài tốn quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện. Bảng 1.1 trình bày phạm vi ứng dụng của các bài tốn tái cấu hình theo đặc điểm LĐPP.

Bảng 2.1. Phạm vi ứng dụng của các bài tốn tái cấu hình lưới điện[1]

2.2. <b>Các phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối giảm tổn thất cơngsuất</b>

Có rất nhiều phương pháp tái cấu hình lưới giảm ∆P nhưng theo [1, 2, 4] chỉ có giải thuật heuristic kết hợp giải thuật tối ưu và giải thuật thuần heuristic mới thực sự mang hiệu quả cao vì dễ tìm được cấu trúc lưới tối ưu. Trong các giải thuật này, có thể chia hai nhóm chính, giải thuật của Merlin & Back - kỹ thuật vòng cắt đại diện cho phương pháp heuristic kết hợp giải thuật tối ưu và giải thuật của Civanlar - kỹ thuật

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

đổi nhánh đại diện cho phương pháp thuần heuristic. Ngồi ra cịn một số phương pháp khác nhưng không hiệu quả.

<i><b>2.2.1. Kết hợp heuristics và tối ưu hóa </b></i>

Việc kết hợp giữa giải thuật heuristics và tối ưu hố tái cấu hình LĐPP cực tiểu ∆P tiêu tốn nhiều thời gian tính tốn nhưng lại có khả năng xác định được cấu hình lưới điện đạt cực tiểu tồn cục và khơng phụ thuộc vào cấu trúc lưới ban đầu khi khảo sát hết số tổ hợp khố điện có thể thay đổi trạng thái. Cụ thể là S.K.Goswami, V.Glamocanin, Merlin và Back, Shirmohammadi, T.P.Wagner,...

<i><b>2.2.2. Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics – Giải thuật Civanlar</b></i>

Bản chất phi tuyến rời rạc của bài toán tái cấu hình LĐPP đã tạo tiền đề cho các nỗ lực nghiên cứu theo hướng sử dụng kỹ thuật chỉ thuần túy dựa trên giải thuật heuristics. Các giải thuật này có cùng đặc điểm là sử dụng các cơng thức thực nghiệm để đánh giá mức độ giảm tổn thất liên quan đến thao tác đóng cắt và giới thiệu một số qui luật nhằm giảm số lượng xem xét các khóa điện. Các qui tắc heuristics dựa trên giả định rằng việc giảm tải trên thiết bị và nguồn phát đồng nghĩa với giảm tổn thất. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu theo hướng này nhưng chưa tìm được giải thuật tỏ ra thực sự khả thi.

Khác với giải thuật của Civanlar [2] dựa trên heuristics để tái cấu hình LĐPP, lưu đồ mơ tả giải thuật được trình bày tại hình 2.3. Giải thuật của Civanlar được đánh giá cao nhờ:

- Xác định được hai qui luật để giảm số lượng khóa điện cần xem xét. + Nguyên tắc chọn khóa đóng: việc giảm tổn thất chỉ có thể đạt được nếu như có sự chênh lệch đáng kể về điện áp tại khoá đang mở.

+ Nguyên tắc chọn khóa mở: việc giảm tổn thất chỉ đạt được khi thực hiện chuyển tải ở phía có độ sụt áp lớn sang phía có sụt áp bé hơn.

- Xây dựng được hàm số mô tả mức giảm tổn thất cơng suất tác dụng khi có sự thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong q trình tái cấu hình.

(1 – 1)

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Trong đó: D: Tập các nút tải được dự kiến chuyển tải I<small>i</small>: Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i

E<small>M</small>: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M E<small>N</small>: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N R<small>loop</small>: Tổng các điện trở trên vịng kín khi đóng khố điện đang mở. Biểu thức (1 - 1) được rút ra từ phân tích mơ hình tải phân bố tập trung. Biểu thức này tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lưới mẫu nhỏ nhưng chưa được kiểm chứng ở lưới điện lớn.

Hình 2.3. Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự

Kỹ thuật đổi nhánh thể hiện ở q trình thay thế 01 khóa mở bằng và 01 khố đóng trong cùng một vịng để giảm tổn thất cơng suất. Vịng được chọn để đổi nhánh là vịng có cặp khố đóng/mở có mức giảm tổn thất cơng suất lớn nhất. Q trình được

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

lặp lại cho đến khi không thể giảm được tổn thất nữa. Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau:

- Nhanh chóng xác định phương án tái cấu hình có mức tổn thất nhỏ hơn bằng cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ qui tắc heuristics và sử dụng công thức thực nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tương đối.

- Việc xác định dòng tải tương đối chính xác.

Tuy nhiên, giải thuật cũng cịn nhiều nhược điểm cần khắc phục: - Mỗi bước tính tốn chỉ xem xét 01 cặp khóa điện trong 01 vịng.

- Chỉ đáp ứng được nhu cầu giảm tổn thất, chứ chưa giải quyết được bài tốn cực tiểu hóa hàm mục tiêu.

- Việc tái cấu hình hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc xuất phát ban đầu.

<i><b>2.2.3. Giải thuật heuristic vịng kín cho LĐPP có tụ bù và máy phát điện phântán (DG)</b></i>

LĐPP thường được thiết kế dạng kín, nhưng thực tế được yêu cầu vận hành hình tia để giảm dòng ngắn mạch và vận hành đơn giản. Khi xuất hiện nguồn điện phân tán (Distribution Generator – DG) kết nối vào LĐPP, phân bố dòng điện trên các nhánh đường dây sẽ thay đổi và ảnh hưởng đến cấu hình tối ưu của LĐPP, điều đó đặt ra nhiệm vụ là: cần phải tìm cấu hình tối ưu mới (tái cấu hình LĐPP có nguồn DG). Cấu hình mới này được đặt ra với nhiều mục tiêu: cải thiện chất lượng điện áp các nút trên LĐPP, giảm tổn thất công suất, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chống quá tải đường dây...Ở đây tập trung xem xét giảm tổn thất công suất dựa trên cơ sở 2 giải thuật:

- Thuật toán của A.Merlin & Back [3] (kỹ thuật vòng cắt) đại diện cho phương pháp heuristic kết hợp với các kỹ thuật tối ưu;

- Thuật toán của Civanlar [2] (kỹ thuật đổi nhánh) đại diện cho phương pháp thuần heuristic.

2.3. <b>Kết luận</b>

Có nhiều phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối giảm tổn thất cơng suất, tuy nhiên, chỉ có những giải thuật heuristic kết hợp giải tích và giải thuật thuần

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

heuristic mới thực sự mang hiệu quả cao khi xét đến yếu tố thời gian và độ chính xác của giải thuật. Trong đó kỹ thuật đổi nhánh - giải thuật Civanlar là đơn giản, cấu hình sau chuyển tải tốt hơn cấu hình ban đầu, có thể vận dụng vào giải bài tốn tối ưu

Lưới điện ngầm có thơng số lưới như hình vẽ có 15 nút tải và 2 hệ thống pin quang điện hòa lưới. Giữa 2 nút tải, các nhánh đều được bố trí các LBS (máy cắt có tải) để có khả năng chuyển tải không mất điện.

<i><b>3.1.2. Thông số tải</b></i>

Bảng 3.1. Thông số tải

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

*Mơ hình lưới điện phân phối trong powerworld:

Hình 3.2. Mơ hình lưới điện phân phối trên Power World

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

3.2. <b>Nội dung thực hiện</b>

<i><b>3.2.1. Số hóa đồ thị các nhánh dây 2-9 và 2-6 khi mờ các khóa điện trên cácnhánh 4-14, 15-13</b></i>

Hình 3.3. Mơ hình lưới điện khi mờ khóa 4-14, 15-13

- Sau khi thực hiện mơ phỏng khi mờ các khóa điện trên các nhánh 4-14 và 15-13 với Time Step Simulation ta được bảng sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Bảng 3.4. Thông số các nhánh 2-9, 6-16 sau khi chạy Time Step Simulation

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

- Đồ thị của các nhánh 2-9 và 6-16 khi mờ các khóa điện 4-14 và 13-15:

<i><b>3.2.2. Nhập số liệu vào powerworld</b></i>

 Số liệu P, Q sau khi tính toán để nhập vào powerworld:

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Bảng 3.5. Số liệu tính tốn tải P

Bảng 3.6. Số liệu tính tốn tải Q

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

<i><b>3.2.3. Chỉnh nấc điều áp của máy biến áp khi mở khóa điện CB5 </b></i>

- Sau khi chỉnh các nấp điều áp để tỷ số MBA ở hệ đơn vị tương đối là 1.0pu, ta được mơ hình lưới điện như sau.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Hình 3.6. Kết quả mơ phỏng sau khi chỉnh nấc điều áp của MBA - Dòng điện trên các nhánh vào thời điểm 10:00am và 1:00pm.

Bảng 3.8. Dòng điện sau chạy Time Step Simulation tại 10am và 1pm

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

- Điện áp tại các nút vào thời điểm 10:00am và 1:00pm.

Bảng 3.9. Điện áp nút sau chạy Time Step Simulation tại 10am và 1pm

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

*Tại thời điểm 10:00am, điện áp tại các nút:

Hình 3.7. Kết quả mơ phỏng điện áp nút tại 10am *Tại thời điểm 1:00pm, điện áp tại các nút:

Hình 3.8. Kết quả mơ phỏng điện áp nút tại 1pm

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Hình 3.9

- Từ hình trên ta thấy được nút 7 có điện áp 0.96pU thấp hơn điện áp tại nút 6 là 0.97pU thì dịng cơng suất có chiều từ 6 sang 7. Tương tự, ta cũng thấy nút 1 có điện áp 0.94pU nhỏ hơn nút 7 thì dịng coog suất cũng chảy từ 7 sang 11. Vì vậy, có thể kết luận dịng cơng suất sẽ có chiều từ nút có điện áp cao hơn sang nút có điện áp thấp hơn.

Ban đầu, điện áp tại bus 5 cuối lưới là 0.92pU, ta thực hiện thay đổi nấc điều áp MBA tại bus 2 và bus 16 thành 1.02pU như hình thì điện áp tại bus 5 là 0.94pU:

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Hình 3.10. Điện áp tại nút 5 sau khi chỉnh nấc điều áp của MBA

Lắp tụ bù tại nhánh với cơng suất được tính như sau:

Vậy ta lắp 1 tù bù với dung lượng 2.4Mvar tại nút số 7 để điện áp từ 0.96pU tăng lên 0.98pU.

Hình 3.11. Lắp tụ tại nút 7 Với tổng tổn thất cơng suất giảm 0.0852 MW

Hình 3.12. Tổng tổn thất công suất sau khi lắp tụ tại nút 7

</div>