Giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng máy phát phân tán

v
MỤC LỤC
Trang
Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn
Lý lịch khoa học…………………………………………………… … ………… i
Lời cam đoan…………………….………………………………… …………… ii
Lời cám ơn………………………………………………………… …………… iii
Tóm tắt……… ………………………………… ……………… …………… iv
Mục lục……… ………………………………… ……………… …………… v
Danh sách các chữ viết tắt… …………………… ……………… …………… vi
Danh sách các hình……… … …………………… ……………… …………vii
Danh sách các bảng……… …………………… ……………… ……… … viii
CHƯƠNG 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 3
3. Phạm vi nghiên cứu 3
4. Phương pháp giải quyết bài toán 4
5. Điểm mới của luận văn 4
6. Giá trị thực tiễn của luận văn 4
7. Bố cục của luận văn 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ DG 5
1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối 5
1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 5
1.1.2 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối 6
1.2 Tổng quan về DG 7
1.3 Một số công nghệ DG 7
1.3.1 Pin mặt trời (photovoltaic –PV) 7
1.3.2 Pin nhiên liệu (Fuel cell –FC) 8
1.3.3 Máy phát turbine gió (Wind turbine – WT) 8

v
1.3.4 Máy phát động cơ đốt trong (Internal Combustion Engines – ICE) 9
1.3.5 Turbine khí (Combustion Turbine – CT) 9
1.3.6 Thủy điện nhỏ 10
1.3.7. Năng lượng mặt trời 11
1.4 Các nghiên cứu liên quan đã công bố 11
CHƯƠNG 2 CÁC BÀI TOÀN LIÊN QUAN ĐẾN DG 14
2.1 Mục đích vận hành DG 14
2.2 Các bài toán liên quan đến DG 14
2.2.1 Bài toán đánh giá độ giảm tổn hao đường dây 15
2.2.2 Bài toán nâng cao độ tin cậy 17
CHƯƠNG 3 BÀI TOÁN TỐI ƯU VỊ TRÍ DG GIM TỔN THT CÔNG
SUT VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY 23
3.1 Những ảnh hưởng khi tích hợp nguồn phân tán vào lưới phân phối 23
3.2 Mô tả mục tiêu bài toán 24
3.3 Mô hình toán học 24
3.3.1 Hàm mục tiêu của mô hình 24
3.3.2 Tổng chi phí cung cấp từ hệ thống phân phối 25
3.3.3 Tổng chi phí gián đoạn ước tính 26
3.3.4. Tổng chi phí tổn thất năng lượng 26
3.3.5 Hạn chế công suất DG 26
3.3.6 Hạn chế hoạt động DG 27
3.4 Giải thuật di truyền (genetic algorithm-GA) 27
3.4.1 Các đặc tính của thuật toán di truyền 27
3.4.2 Các quá trình cơ bản trong thuật toán di truyền 28
3.4.3 Các tham số của thuật toán di truyền (hay còn gọi là các thông số
điều khiển của thuật toán) 31
3.5 Áp dụng giải thuật di truyền tính toán lưới điện 20 nút tải có tải tập trung 33
3.5.1 Hàm mục tiêu của bài toán 34

3.5.2 Áp dụng giải thuật di truyền 37

v
3.5.3 Kết quả tính toán 42
3.5.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm PSS Adept 47
3.6 Kết luận 50
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TUYẾN 477AX TP. CÀ MAU 52
4.1. Giới thiệu lưới điện thành phố Cà Mau 52
4.2 Một số số liệu các phát tuyến 53
4.2.1 Thông tin các phát tuyến chính 53
4.2.2 Số liệu sự cố điển hình của Điện lực Thành phố Cà Mau 54
4.3 Áp dụng tính toán cho phát tuyến 477AX 54
4.3.1 Kết quả tính toán bằng giải thuật GA 55
4.3.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm PSS Adept 59
4.4 Kết luận 63
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI 64
5.1 Những hạn chế và đề xuất hướng phát triển cho đề tài 64
5.1.1 Những hạn chế 64
5.1.2 Đề xuất hướng phát triển của đề tài 64
5.2. Kết luận 64
Tài liệu tham khảo 66
Phụ lục. 69


vi

CÁC CH VIẾT TẮT

 DG : Distributed genneration
 PV : Photovoltaic

 FC : Fuel cell
 ICE : Internal Combustion Engines
 CT : Combustion Turbine
 GA : genetic algorithm
 LLRI : line loss reduction index


vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình Trang

Hình 1.1: Pin mặt trời 7
Hình 1.2: Một dạng pin nhiên liệu 8
Hình 1.3: Hệ thống turbine gió 9
Hình 1.4: Nhà máy nhiệt điện Phú Mỹ sử dụng turbine khí 10
Hình 1.5: Một đập thủy điện nhỏ 10
Hình 1.6: Hệ thống pin dùng năng lượng mặt trời. 11
Hình 2.1: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có nguồn phân tán. 18
Hình 3.1: Lưới điện phân phối 22kV với 20 nút tải tập trung. 33
Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật. 41
Hình 3.3: Giao diện chương trình tính toán. 42
Hình 3.4: Kết quả tính toán trường hợp 1 43
Hình 3.5: Sơ đồ lưới 20 nút tính toán bằng phần mềm PSS 47
Hình 4.1: Sơ đồ lưới điện TP. Cà Mau. 52
Hình 4.2: Sơ đồ đơn tuyến tuyến 477AX. 55
Hình 4.3: Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút. 57
Hình 4.4: Sơ đồ lưới 48 nút tính toán bằng phần mềm PSS 59


viii

DANH SÁCH CÁC BNG
BNG Trang

Bảng 3.1. Thông số đường dây 20 nút 34
Bảng 3.2. Kết quả tính toán trường hợp 1 43
Bảng 3.3. Kết quả tính toán trường hợp 2 44
Bảng 3.4. Kết quả tính toán trường hợp 3 45
Bảng 3.5. Kết quả tính toán trường hợp 4 45
Bảng 3.6. Kết quả tính toán trường hợp 5 46
Bảng 3.7. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi chưa kết nối DG 48
Bảng 3.8. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi kết nối DG 48
Bảng 3.9. Kết quả tính toán độ tin cậy khi chưa kết nối DG 49
Bảng 3.10. Kết quả tính toán độ tin cậy khi kết nối DG 49
Bảng 3.11. So sánh kết quả giữa 2 phương pháp 50
Bảng 4.1. Số liệu cơ bản các phát tuyến cung cấp điện TP Cà Mau 53
Bảng 4.2. Thống kê theo loại sự cố 54
Bảng 4.3. Thông số phát tuyến 477AX 55
Bảng 4.4. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 1 57
Bảng 4.5. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 2 58
Bảng 4.6. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 3 59
Bảng 4.7. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi chưa kết nối DG 60
Bảng 4.8. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi kết nối DG 60
Bảng 4.9. Kết quả tính toán độ tin cậy khi chưa kết nối DG 61
Bảng 4.10. Kết quả tính toán độ tin cậy khi kết nối DG 62
Bảng 4.11. So sánh kết quả giữa 2 phương pháp 62
Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 1

CHNGă0
GIIăTHIUăĐăTÀI

1. ĐTăVNăĐ
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 không 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 công 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
Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 2

này sẽ xem xét việc sản xuất dòng công suất thực tế theo nhu cầu trên lưới nhằm
tăng giá trị điện áp của hệ thống, giảm tổn thất điện năng, tăng doanh 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 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. Nó còn 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.
CácălợiăíchăkhiăkếtănốiăDG
*ăĐốiăvớiăngƠnhăđiện:
- 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.
*ăĐốiăvớiăkháchăhƠngăsửădụngăđiện:
- 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.
Cácătácăđộng:
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
Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 3

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:
- 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 không sin của sóng điện áp.
- nh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện.
- Thay đổi sự phối hợp của các thiết bị bảo vệ trên lưới điện.
2.ăMCăTIểUăVÀăNHIMăVăCAăLUNăVĔN
Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu việc: “Giảm tổn thất công suất và nâng
cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng máy phát phân tán”.
- 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 toán tìm vị trí
thích hợp để kết nối DG nhằm giảm tổn thất công suất và cực tiểu chi phí
vận hành.
- Kiểm chứng việc giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện bằng phần mềm PSS/ADEPT.
- Áp dụng giải thuật vào lưới điện phân phối mẫu và lưới thực tế.
3.ăPHMăVIăNGHIểNăCU
Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung vào bài toán giảm tổn thất công suất
và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi kết nối DG nhằm cực tiểu chi phí vận
hành.


Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 4

4.ăPHNGăPHỄPăGIIăQUYTăBÀIăTOỄN
- Áp dụng các phương pháp giải tích mạng điện xây dựng hàm đa mục tiêu
cực tiểu tổn thất công suất khi có DG.
- Sử dụng giải thuật di truyền giải bài toán đa mục tiêu khi có DG.
- Sử dụng chương trình tính toán lưới điện PSS/ADEPT kiểm chứng kết quả.
5.ăĐIMăMIăCAăLUNăVĔN
- Xây dựng hàm đa mục tiêu giải quyết vấn đề giảm tổn thất công suất và nâng

cao độ tin cậy cung cấp điện khi có kết nối DG.
- Áp dụng giải thuật di truyền tìm vị trí tối ưu lắp đặt DG trên lưới phân phối
cực tiểu chi phí vận hành.
6.ăGIỄăTRăTHCăTINăCAăLUNăVĔN
- 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.
- Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện
khi có kết nối DG.
7. BăCCăCAăLUNăVĔN
Luận văn gồm 6 chương:
Chngă0: Giới thiệu đề tài.
Chngă1: Tổng quan về lưới phân phối.
Chngă2: Các bài toán liên quan đến DG.
Chngă3: Bài toán tối ưu vị trí DG giảm tổn thất công suất và nâng
cao độ tin cậy.
Chngă4: Tính toán tuyến 477AX TP.Cà Mau.
Chngă5: Kết luận và hướng phát triển cho đề tài.
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 5

CHNGă1
TNGăQUANăVăLIăĐINăPHỂNăPHIăVÀăDG
1.1ăTổngăquanăvălớiăđiệnăphơnăphối:
1.1.1ăĐcăđimălớiăđiệnăphơnăphối:
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 vòng hay hình tia, còn 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

vòng 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 luôn 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 luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các
đường dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn 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.
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 khoá 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 khoá này vừa có thể giảm
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 6

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 quá 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.
1.1.2ăNhiệmăvụăcaălớiăđiệnăphơnăphối:
- 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 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. Nó
còn 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.
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 7

1.2.ăTổngăquanăvăDG
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 công suất nhỏ hơn 100MW gọi là DG.
- Ban Năng lượng Mỹ (DOE): DG là các máy phát có công 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 công 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 công suất dưới 1500kW là DG.
- Trong thị trường điện nước Anh và xứ Wales: một nhà máy điện có công
suất nhỏ hơn 100MW không được gọi là nguồn điện tập trung. Như vậy DG
được xem là các máy phát có công suất nhỏ hơn 100MW.
-  Úc: máy phát có công suất dưới 30MW gọi là DG.
- New Zealand: các máy phát có công suất dưới 5MW được gọi là DG.
1.3.ăMộtăsốăcôngănghệăDG:
1.3.1.ăPinămtătrờiă(photovoltaicăậPV)

Hình 1.1: Pin mặt trời


Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 8


Các hệ thống pin mặt trời chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện
năng mà không cần đến quá trình đốt cháy hoặc tiêu thụ nhiện liệu. Công nghệ này
có chi phí vận hành và bảo trì rất thấp. Công nghệ PV được sử dụng phổ biến cho
các tòa nhà độc lập và các hệ thông thông 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 môi trường. Hệ thống PV có thể vận
hành độc lập hoặc kết nối trực tiếp vào mạng phân phối.
1.3.2.ăPinănhiênăliệuă(FuelăcellăậFC)
Các pin nhiên liệu có thể chuyển đổi năng lượng hóa học thành điện năng mà

không cần đến quá trình đốt cháy. Công 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: Một dạng 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 không phù hợp cho dự phòng 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 dòng
diện để chuyển từ dòng 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 ậ WT)
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 9

Công 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 công suất từ10kW đến 100kW
 Hệ thống trung bình có công suất từ100kW đến 500kW
 Hệ thống lớn có công suất trên 500kW
Công nghệ thích hợp với khu vực nông thôn, vùng biển là những nơi có
nguồn năng lượng gió dồi dào và mạng điện phân phối còn thưa thớt.


Hình 1.3: Hệ thống turbine gió

1.3.4.ăMáyăphátăđộngăcăđốtătrongă(Internal Combustion Engines ậ ICE)
Công nghệ dùng động cơ đốt trong (ICE) để sản xuất điện năng có thể nói là lâu
đời nhất. Công 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) [5]. Thời gian khởi động máy nhỏ (
khoảng 10s) thích hợp với phần tải đỉnh của hệ thống.
u điểm của ICE là giá rẻ và tính sẵn sàng của dịch vụ cũng như khả năng bảo
trì sửa chữa dễ 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 ậ CT)
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 10

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. u thế của CT là chi phí lắp đặt thấp, nguồn
nhiên liệu tương đối rẻ, hiệu suất cao và thời gian lắp đặt ngắn.

Hình 1.4: Nhà máy nhiệt điện
Phú Mỹ sử dụng turbine khí



1.3.6.ăThyăđiệnănh
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: Một đập 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
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 11

EU15 có 14.000 công trình thủy điện nhỏ, với công suất trung bình của mỗi trạm là
0,7 MW, so với 2.800 công trình tại EU10 (10 nước gia nhập Liên minh châu Âu
vào năm 2004) có công suất trung bình của mỗi trạm chỉ là 0,3 MW. Vào cuối năm
2005, tổng công suất phát của 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)
[Trang tin điện tử ngành Điện].
1.3.7.ăNĕngălợngămtătrời
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/cm
2
/năm [16]. 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 mô toàn cầu thì
nguồn năng lượng này không lớn lắm nhưng nó có ý nghĩa với một số quốc gia như:
n độ, Trung Quốc và Châu Phi vì ở đó mạng lưới điện năng còn thưa thớt.

Hình 1.6: Hệ thống pin dùng năng lượng mặt trời.
1.4. Cácănghiênăcuăliênăquanăđƣăcôngăbố:
- Các tác giả Trương Quang Đăng Khoa, Phan Thị Thanh Bình, Hồng Bảo Trân
trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã nghiên cứu đề tài “Xác định dung lượng và
vị trí của máy phát phân bố (DG) tối ưu tổn thất lưới phân phối” [6]. Nghiên cứu sử
dụng phngăphápăđim trong để xác định vị trí và dung lượng của DG nhằm tối
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 12

ưu tổn thất lưới phân phối, kết quả áp dụng trên lưới 10 nút và lưới 42 nút đạt được
khá tốt. Kết quả tính toán cho thấy vị trí đặt DG tối ưu là tại nút có công suất tải tiêu
thụ lớn nhất trong lưới phân phối. Độ giảm tổn hao trên lưới phân phối sau khi có
DG so với trước khi có DG nhiều hay ít phụ thuộc vào lượng công suất phát ra của
DG.
Sự tham gia của DG vào hệ thống phân bố sẽ đạt được một số lợi ích về mặt
kỹ thuật như: giảm tổn hao đường dây, cải thiện chỉ số điện áp, nâng cao chất lượng
điện năng, tăng độ tin cậy trong việc truyền tải và phân phối, v.v
- Các tác giả Lê Kim Hùng – Đại học Đà Nẳng, Lê Thái Thanh – Điện lực Phú
Yên đã công bố nghiên cứu “Tối ưu hóa vị trí đặt và công suất phát của nguồn phân
tán trên mô hình lưới điện phân phối 22kV” [7]. Bài báo mô tả cách sử dụng giải
thuật di truyền để tìm ra vị trí đặt và công suất phát tối ưu của nguồn phân tán trên
mô hình lưới điện phân phối 22kV. Tổn thất công suất được cực tiểu hóa trong khi
dạng điện áp đường dây được cải thiện tốt hơn.
Nghiên cứu áp dụng trên lưới điện 20 nút kết quả đạt dược như sau:
+ Tổng công suất phát của DG là 5,4 +j2,7 (MVA).
+ Vị trí kết nối: 7, 8, 17, 20, 21.
+ Tỷ lệ % giảm tổn thất là 58,46%.
+ Tỷ lệ % tăng điện áp cao nhất 3,32%.
Việc kết hợp phương pháp Newton-Raphson trong tính toán trào lưu công

suất lưới điện và giải thuật di truyền giải các bài toán tối ưu tổ hợp đã cung cấp một
cách thức tìm ra các vị trí đặt và công suất phát tốt nhất cho một số lượng nguồn
phân tán DG cho trước trên lưới điện phân phối. Phương pháp này cho phép người
vận hành có thể nghiên cứu một mạng phân phối bất kỳ. Người vận hành có thể sử
dụng những thông tin về lưới điện phân phối có sẵn để lập kế hoạch cho việc kết nối
DG nhằm đạt mục tiêu giảm tổn thất, cải thiện dạng điện áp như mong muốn.
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 13

- Nhóm tác giả César Augusto Peñuela Meneses, Member, IEEE, and José
Roberto Sanches Mantovani, Member, IEEE đã công bố nghiên cứu “Improving the
Grid Operation and Reliability Cost of Distribution Systems With Dispersed
Generation”[21].
Nghiên cứu sử dụng giải thuật tìm kiếm Taboo để giải quyết bài toán đa mục
tiêu nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi có kết nối DG vào hệ thống.
Nghiên cứu đưa ra một phương pháp giải quyết tối ưu hàm mục tiêu gồm các chi
phí hoạt động của lưới, chi phí hệ thống bảo vệ, chi phí gián đoạn do ngừng cung
cấp điện, chi phí tổn thất công suất.
Mô hình toán học đề xuất được thử nghiệm trên hệ thống 135 bus trong đó
bao gồm một hệ thống phân phối thực tế 13,8 kV ở Sao Paulo, Brazil. Kết quả mô
phỏng của một hệ thống qua kiểm tra thực tế cho thấy mô hình đề xuất có thể xác
định các tác động liên quan đến độ tin cậy của hệ thống, hệ thống bảo vệ, và hiệu
quả hoạt động của mạng, tất cả chỉ trong một chương trình. Thông qua các phương
pháp thực hiện, lợi thế đạt được là khả năng quan sát điện áp và tần số của hệ thống
khi có kết nối DG. Người ta thấy rằng thực hiện kết nối DG như thế này, dẫn đến
chi phí hoạt động và chi phí độ tin cậy sẽ tốt hơn, bởi vì họ sử dụng các mức giá
khác nhau được cung cấp bởi các nguồn phát trên diện rộng. Nó cũng có thể phục
vụ nhu cầu phụ tải tăng lên một cách đột biến. Tuy nhiên, thiết kế này có thể dẫn
đến một hệ thống bảo vệ đắt tiền, cũng như làm giảm tỷ suất lợi nhuận trong việc
phối hợp các thiết bị bảo vệ.

Từ những nghiên cứu đã công bố nêu trên, trong khuôn khổ luận văn này chủ
yếu tập trung vào vấn đề giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy lưới phân
phối khi có kết nối DG sử dụng giải thuật di truyền, các vấn đề liên quan đến cải
thiện điện áp và cải thiện vận hành lưới thông qua việc thay đổi các thiết bị bảo vệ
trên hệ thống sẽ không được xem xét.


Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 14

CHNGă2
CỄCăBÀIăTOÀNăLIểNăQUANăĐN DG
2.1ăMụcăđíchăvnăhƠnhăDG:
Các ứng dụng của DG bao gồm: nhiệt - điện kết hợp, công suất dự
phòng, dự phòng công 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 đảm 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 hưởng bởi giới hạn này.
- DG được vận hành để cung cấp điện năng với giá rẻ. 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 công 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 CácăbƠiătoánăliênăquanăđếnăDG:
Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 15

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
toán sau:
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 toán đa mục tiêu xác định vị trí và tối ưu dung lượng DG.
 khuôn khổ luận văn này chủ yếu tập trung vào các bài toán giảm tổn
thất và nâng cao độ tin cậy.
2.2.1 BƠiătoánăđánhăgiáăđộăgimătổnăhaoăđờngădơy:
a- Chăsốăgimătổnăhaoăđờngădơyă(lineăloss reduction index ậ 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 dòng 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 [6]:
LLRI=
0
LL

LL
(1)
Trong đó:




M
i
iiiA
DRILL
1
2
,
chỉ số giảm tổn hao đường dây khi có kết nối DG;




M
i
iiiL
DRILL
1
2
,0
chỉ số giảm tổn hao đường dây khi chưa kết nối DG;
I
A,i
dòng điện trên nhánh thứ i sau khi có kết nối DG;

Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 16

I
L,i
dòng điện trên nhánh thứ i khi chưa kết nối DG;
R
i
điện trở đơn vị nhánh thứ i;
D
i
chiều dài nhánh thứ i;
M số nhánh của mạng điện;
b- Bài toán phân tích s gim tổnăhaoătrênăđờng dây khi có DG:
Để phân tích giảm độ tổn hao, mô 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 công suất của DG để khảo sát sự thay đổi của độ giảm tổn
thất.



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

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 S
L
=P
L
+jQ
L
, dòng phụ tải sẽ là:
P
LL
L
V
jQP
I
3
)(


(2)
Tổn hao trên phát tuyến khi không có DG kết nối là:

2
22
3
)(

P
LL
B
V
jQPrL
Loss


(3)
Nguồn
Tải
L
I
L

I
S

Nguồn
Tải
DG
I
DG

I
L

L
G
Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 17

Khi có DG kết nối S
DG
=P
G
+jQ
G
, dòng bơm từ DG vào phát tuyến là:
P
GG
G
V
jQP
I
3
)(



Dòng điện bơm từ nguồn vào phát tuyến lúc này là:
I
S
= I
L
- I
G
Tổn hao công suất từ nguồn đến vị trí đặt DG:
2

2222
2
22
3
)22(
3
))()((
P
GLGLGGLL
P
GLGL
ASG
V
QQPPQPQPrG
V
jQjQPPrG
Loss





Tổn hao công suất từ vị trí đặt DG đến tải:
2
22
3
))((
P
LL
AGL

V
QPGLr
Loss



Tổn hao công suất trên phát tuyến khi có DG là:
)4()22(
3
2222
2














L
G
QQPPQPQP
V
R

LossLossLoss
GLGLGGLL
P
AGLASGAT

Trong đó: R là điện trở của phát tuyến
Độ giảm tổn hao trên phát tuyến được tính bằng công thức sau:
 
)5(22
3
22
2
GGGLGL
P
ATB
QPQQPP
LV
RG
LossLossLR


2.2.2 Bài toán nơngăcaoăđộătinăcy:
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 phòng là nguồn điện phân tán [4], như hình
2.1
Chng 2 GVHD: TS. Trng Vit Anh

HVTH: Nguyn c Duy trang 18

1
2
13
12
14
11
10
5
9
trạm 110kV
TC hạ áp
Nguồn điện phân tán
3
4
7
6
8
Khách hàng đặc biệt
Luới điện lân cận
có khả năng cung
cấp hạn chế

Hỡnh 2.1 S li in kớn vn hnh h cú ngun phõn tỏn.

Tuy nhiờn tin cy cung cp in thc s nhn c cho mi khỏch hng
khụng ging nhau, ph thuc hng lot yu t:
- V trớ ph ti (khỏch hng) trờn s ;
- Cu trỳc li phõn phi in, trong ú cú cỏc thit b phõn on;
- Gii hn cụng sut h tr t ngun d phũng l li in lõn cn v v trớ kt

ni ca ngun ny sang li ang xột, tin cy cung cp in ca chớnh ngun ny
tớnh n im kt ni;
- Gii hn cung cp ca ngun in phõn tỏn, thi gian khi ng ca nú;
- Thi im xy ra s c (tng ng vi tng ph ti tiờu th ln hay bộ)
Cng cn núi thờm l, lnh vc nghiờn cu tớnh toỏn tin cy i vi h thng
in bao hm nhng ni dung rt a dng vi nhng mc tiờu (bi toỏn) khỏc nhau:
tin cy ngun in, tin cy li truyn ti, tin cy li in phõn phi,
tin cy h thng bo v v iu khin, tin cy m bo cung cp in cho khỏch
hng Lun vn quan tõm ch yu cỏc vn liờn quan n bi toỏn vn hnh nõng
cao tin cy v ti u chi phớ, do ú cỏc ni dung tớnh toỏn tin cy cng tp
trung ch yu vo li in phõn phi v yờu cu ca mi khỏch hng.
a- Cỏcyutnhhngntincy
Cỏc yu t nh hng n tin cy ca h thng in cú th c chia
thnh bn loi bao gm: cỏc phn t ca h thng in, iu kin mụi trng, c
tớnh ti v cu hỡnh h thng h thng in.
Cỏcphntcahthngin
Cỏc phn t ca li in nh l: ng dõy, mỏy bin ỏp, thit b úng ct
Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 19

mà độ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ đồ quyết định độ
tin cậy của lưới điện.
Các phần tử của hệ thống cung cấp điện trong vận hành đều có thể bị hỏng bất
ngờ. Khả năng này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc λ(t). Trong nghiên cứu
độ tin cậy lưới điện, thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng
giá trị trung bình của λ và gọi là cường độ hỏng hóc trung bình của phần tử trong
năm.
Ta có: λ = 1 / t
lv

(lần/năm),
Trong đó t
lv
là thời gian trung bình của trạng thái làm việc tốt.
Các phần tử lưới điện là các phần tử phục hồi. Gọi thời gian sửa chữa sự cố T
h
,
ta có cường độ phục hồi µ như sau:
µ =
h
T
1

Khi phần tử bị hỏng, nó được sửa chữa hoặc thay thế bằng phần tử dự trữ, sau
đó lại tiếp tục vận hành. Để thể hiện đặc tính này cần sử dụng một đại lượng mới và
được gọi là độ sẵn sàng A.
Ta có: A=
hlv
lv
TT
T

(6)
Độ sẵn sàng chính là xác suất để phần tử ở trạng thái tốt, sẵn sàng phục vụ
trong thời điểm bất kỳ t.
Các phần tử lưới điện, trong năm còn phải cắt điện một số lần để bảo quản
công tác và được đặc trưng bởi số lần ngừng điện trung bình năm λ
CT
và thời gian
trung bình một lần ngừng điện công tác T

CT
.
Vătríămáyăphátădăphòng
Kết cấu hệ thống bao gồm nhiều vấn đề khác nhau, gồm cả cấu trúc liên kết,
khả năng chuyển tải, phối hợp bảo vệ, và vị trí máy phát dự phòng. Các yếu tố này
đều ảnh hưởng đến mức độ tin cậy của hệ thống ở những mức độ khác nhau. Về cơ
bản, giả định việc phối hợp bảo vệ và chuyển tải là linh hoạt, tức là có thể thay thế
nhanh chóng bằng những nguồn dự phòng trong hệ thống, như vậy rõ ràng việc xác