Tìm hiểu bài toán về tái cấu trúc lưới điện phân phối và các hàm mục tiêu

Chơng 1: Giới thiệu GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 1

CHNGă1ă
GIIăTHIUăLUNăVĔNă
ă
1.1.ăăĐặtăvnăđă
Hệ thống điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến
hộ tiêu thụ. Vì lý do kỹ thuật, nó luôn đợc vận hành theo kiểu hình tia, mặc dù
đợc thiết kế theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện.
Theo thống kê của Điện lực Việt Nam thì tổng tổn thất điện năng khoảng từ 10-15%
sản lợng điện sản xuất, trong đó lới điện phân phối chiếm 5-7%. Do đó nghiên
cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lới phân phối là một nhu cầu bức
xúc, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế.
Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng trên lới điện
phân phối nh: nâng cao điện áp vận hành lới điện phân phối, tăng tiết diện dây
dẫn, hoặc giảm truyền tải công suất phản kháng trên lới điện bằng cách lắp đặt tụ
bù. Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhng lại tốn các chi
phí đầu t và lắp đặt thiết bị. Trong khi đó, biện pháp tái cấu trúc lới thông qua
việc chuyển tải bằng cách đóng/m các cặp khoá điện có sẵn trên lới cũng có thể
giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt đợc cân bằng công suất giữa các tuyến dây
mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lới điện. Không chỉ dừng lại  mục tiêu
giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc lới điện phân phối còn có thể nâng cao khả
năng tải của lới điện, giảm sụt áp cuối lới và giảm thiểu số lợng hộ tiêu thụ bị
mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đng dây.
Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lới nhằm giảm tổn thất
năng lợng trong điều kiện phải thoả mưn các ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm
khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vô cùng khó khăn đối với các điều
độ viên. Do đó luôn cần một phơng pháp phân tích phù hợp với lới điện phân
phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lới trong điều kiện thoả mưn

các mục tiêu điều khiển của các điều độ viên.
Chơng 1: Giới thiệu GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 2

1.2.ăMụcătiêuăvƠănhimăvụăcủaălunăvĕnă
Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật tái cấu trúc lới điện phân phối theo
hình tia nhằm giảm tổn thất công suất nâng cao chất lợng điện áp, nhằm giúp tăng
lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp bao gồm doanh nghiệp bán điện (EVN), các doanh
nghiệp sản xuất, dịch vụ, thơng mại và nhân dân trên các tuyến đng dây đang
cung cấp.
Từ mục tiêu nghiên cứu nh trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn
đề sau:
1. Đọc các bài báo viết về tái cấu trúc lới điện từ trớc đến nay trên thế giới.
Phân loại theo các phơng pháp khác nhau.
2. Đánh giá các phơng pháp.
3. Đề nghị một phơng pháp để tái cấu trúc lới điện để giảm tổn thất công
suất.
4. Xây dựng hàm mục tiêu đạt mục đích đặt ra.
5. Kiểm chứng trên lới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tng đề
xuất.
6. Lập trình trên máy tính và chạy kiểm tra phơng pháp đề nghị.
7. Đánh giá lại phơng pháp thực hiện và khả năng áp dụng phơng pháp đề
nghị vào thực tế. Đồng thi đề xuất hớng nghiên cứu phát triển đề tài.
1.3.ăPhmăviănghiênăcứuă
Nghiên cứu xoay quanh bài toán tái cấu trúc lới trên lới điện phân phối có
cấu trúc mạch vòng nhng vận hành hình tia. Bài toán tái cấu trúc đợc nghiên cứu
trong luận án này là: Bài toán tái cấu trúc lới để giảm tổn thất công suất.
1.4.ăPhngăphápănghiênăcứuă
 đây chúng ta sử dụng các phơng pháp sau:

1. Phơng pháp phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề tái cấu trúc
lới điện.
2. Cơ s lý thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu.
Chơng 1: Giới thiệu GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 3

3. Thành tựu lý thuyết đư đạt đợc có liên quan đến đề tài nghiên cứu.
4. Kết quả nghiên cứu của đồng nghiệp đư công bố trên các ấn phẩm và có liên
quan đến đề tài nghiên cứu.
5. Các số liệu thống kê liên quan đến đề tài nghiên cứu.
6. Dựa trên các thuật toán tối u để tái cấu trúc lới điện nhằm giảm tổn thất
công suất.
1.5.ăĐimămiăcủaălunăvĕnă
Đề xuất một giải thuật mới tái cấu trúc lới giảm tổn thất công suất tác dụng
dựa theo giải thuật tối u bầy đàn (Particle swarm optimization - PSO). Sử dụng
giải thuật đề nghị vào bài toán tìm trạng thái khóa điện tối u của lới điện nhằm
làm giảm tổn thất công suất tác dụng. u điểm của giải thuật là đơn giản, tìm đợc
li giải một cách nhanh chóng, thỏa các điều kiện ràng buộc, kết quả có thể chấp
nhận đợc, phù hợp với lới điện không phức tạp, ít vòng kín, có tính khả thi cao
khi áp dụng cho lới điện phân phối của Việt Nam.
1.6.ăGiáătrăthựcătin
Khi đề xuất giải thuật dựa trên giải thuật tối u bầy đàn PSO để tái cấu trúc lại
lới điện phân phối  Việt Nam nhằm giảm tổn thất công suất thì:
1. Góp phần nâng cao chất lợng điện, khả năng truyền tải và khả nâng vận
hành lới điện của Việt Nam ngày càng tốt hơn.
2. Giúp giảm chi phí về vận hành, sửa chữa, cũng nh giúp giảm tổn hao về
năng lợng.
3. Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lới
điện phân phối.

4. Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lới điện phân
phối.


Chơng 1: Giới thiệu GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 4

1.7.ăBăcụcălunăvĕnă
Luận văn đợc thực hiện bao gồm các chơng sau:
Chơng 1: Giới thiệu
Chơng 2: Tổng quan về các phơng pháp tái cấu trúc lới điện phân phối
Chơng 3: Giải thuật đề nghị.
Chơng 4: Kết luận và hớng phát triển đề tài.
Phụ lục và tài liệu tham khảo.

Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 5

CHNGă2ă
TNGăQUANăVăCÁCăăPHNGăPHÁPăTÁIăCUă
TRÚCăLIăĐINăPHỂNăPHIă
2.1.ăĐặcăđimăcủaăliăphơnăphiă
Lới điện phân phối (LĐPP) là lới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các
trạm biến thế trung gian ( thng là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV)
đến khách hàng. Đng dây truyền tải thng đợc vận hành mạch vòng hay mạch
tia, còn các đng dây phân phối luôn đợc vận hành h trong mọi trng hợp.
Nh cấu trúc vận hành h 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 đng dây kế cận đợc cấp điện từ một trạm biến áp
trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đng dây bị sự cố. Việc khôi phục
lới đợc thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện nằm trên các
mạch vòng, do đó trên lới phân phối có rất nhiều khoá điện.
Một đng dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh
hoạt, thơng mại dịch vụ, công nghiệp …) và các phụ tải này đợc phân bố không
đồng đều giữa các đng dây. Mỗi loại tải lại có thi điểm đỉnh tải khác nhau và
luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đng
dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ.
Điều này gây ra quá tải đng dây và làm tăng tổn thất trên lới điện phân phối.
Để chống quá tải đng dây và giảm tổn thất, các điều độ viên sẽ thay đổi cấu
trúc lới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên
lới. Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khoá điện (Recloser, LBS, DS…) sẽ
đợc lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này vừa có
thể giảm chi phí vận hành và vừa giảm tổn thất năng lợng. Hay nói cách khác, hàm
mục tiêu trong quá trình vận hành lới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành
bao gồm cả chi phí chuyển tải và tổn thất năng lợng.
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 6

Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất
hiện nhiều mục tiêu vận hành lới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thể.
Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lới phân phối luôn phải thoả mưn các điều kiện:
- Cấu trúc vận hành h
- Tất cả các phụ tải đều đợc cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép
- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp
- Đng dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tảiă
2.1.1 nhăhởngăđnăcácăchătiêuăkinhăt-kỹăthutăcủaăhăthngăđin.ă
- Do là cầu nối trực tiếp giữa nguồn và khách hàng, do đó nó ảnh hng trực tiếp

đến chất lợng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ.
- Tổn thất điện năng chiếm tỉ lệ lớn trong tổng tổn thất của hệ thống bao gồm: tổn
thất lới truyền tải, phân phối, hạ áp.

Hình 2.1: Tổn thất điện năng của EVN
- Vốn đầu t cho mạng phân phối cũng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ
vốn đầu t theo thống kê cho thấy nếu đầu t cho mạng cao áp là 1, thì mạng
trung áp từ 1,5 đến 2 lần, hạ áp từ 2 đến 2,5 lần.
- Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo dỡng theo kế hoạch cải
tạo, lắp đặt trạm mới trên lới điện trung áp cũng nhiều hơn so với lới truyền
tải.
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 7

- Là khu vực khó xác định phơng án vận hành hơn so với lới truyền tải, và là
nơi chịu tác động nhiều nhất từ các điều kiện môi trng, thiết bị, nguồn dự
phòng,.v.v.
2.1.2.ăCuătrúcăliăđină
Cấu trúc LĐPP đa dạng, phức tạp. Số lợng nút, nhánh rất nhiều do đó việc
tính toán các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật gặp rất nhiều khó khăn, mặc dù trên thực tế đư
có khá nhiều phần mềm áp dụng để quản lý kể cả trong khâu kỹ thuật cũng nh
khâu kinh doanh. Lới điện phát triển nhanh, trải rộng; các hộ phụ tải đa dạng, đan
xen.
Chế độ vận hành bình thng lới điện phân phối là vận hành h. Các sơ đồ
lới điện thng gặp là: hình tia, hình tia có nguồn dự phòng (lới điện kín vận
hành h). Các sơ đồ trên có những u điểm nh: vận hành đơn giản; trình tự phục
hồi lại kết cấu sau sự cố dễ dàng hơn; ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt
điện cục bộ.
Một số sơ đồ cung cấp điện thng đợc sử dụng trong thực tế  Việt Nam là:

Hình 2.2a: Sơ đồ lới điện hình tia

Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 8


Hình 2.2b: Sơ đồ lới điện kín vận hành h

2.2.ăThựcătrngăcủaăliăphơnăphiăcủaăVităNam.ă
LĐPP của Việt Nam tồn tại 3 cấp điện áp (35, 22, 15)kV, trong đó lới 35kV
có khối lợng rất nhỏ mà chủ yếu là lới (15, 22)kV.
Đối với miền Nam trong thi gian vừa qua lới 22kV các tỉnh phát triển mạnh
mẽ, nếu không tính hai khu vực TP.Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai, lới 22kV khu
vực Tổng công ty điện lực Miền Nam quản lý chiếm 87,9% (theo dung lợng
TBA), 81,9% (theo khối lợng đng dây). Mặt khác  khu vực này lới 15kV hầu
hết đợc thiết kế theo tiêu chuẩn 22kV, do vậy  khu vực này việc chuyển đổi lới
15->22kV cơ bản là rất thuận lợi. Trong một vài năm tới lới 15kV cơ bản chuyển
thành lới 22kV.
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 9



Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐPP khu vực miền Nam
Trong những năm gần đây, Tổng Công ty điện lực Miền Nam đư đẩy mạnh phát
triển LĐPP, bình quân trong giai đoạn 5 năm từ 2007 đến 2011 phát triển trung bình
hơn 1.500 km đng dây phân phối và hơn 2.000 MVA dung lợng trạm biến áp.

Nĕmă 2007ă 2008ă 2009ă 2010ă 2011ă
ĐZ phân phối (km) 44.620 45.852 47.255 53.190 54.694
Dung lợng trạm (MVA) 8.710 10.067 11.498 15.668 17.697
ă
Bảng 2.1. Khối lợng LĐPP và tổng dung lợng trạm của EVN SPC
ă
2.3.ăCácăbƠiătoánătáiăcuătrúcăliăđinăởăgocăđăvnăhƠnhă
Các bài toán vận hành LĐPP chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề sau:
giảm tổn thất công suất của lới điện, cải thiện thi gian tái lập, cải thiện các hệ số
tin cậy của hệ thống, cải thiện khả năng tải của lới điện, cải thiện tình trạng không
cân bằng tải, tối thiểu công suất tổn thất, giảm thiểu tổn thất của hệ thống lới điện
không cân bằng, .v.v. Từ những mục tiêu cơ bản trên, chúng ta có thể tạm phân chia
bài toán tái cấu trúc lới điện phân phối thành các bài toán nhỏ nh sau:
- Bài toán 1: Xác định cấu trúc lới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thi đoạn để
chi phí vận hành bé nhất.
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 10

- Bài toán 2: Xác định cấu trúc lới điện không thay đổi trong thi đoạn khảo sát
để tổn thất năng lợng bé nhất.
- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lới điện tại một thi điểm để tổn thất công suất
bé nhất.
- Bài toán 4: Tái cấu trúc lới điện cân bằng tải (giữa các đng dây, máy biến
thế nguồn  các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lới điện.
- Bài toán 5: Khôi phục lới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.
- Bài toán 6: Xác định cấu trúc lới theo nhiều mục tiêu nh: tổn thất công suất
bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lới
bé nhất cùng đồng thi xảy ra ( hàm đa mục tiêu )

- Bài toán 7: Xác định cấu trúc lới tối u chi phí trong vận hành và nâng cao độ
tin cậy cung cấp điện.
Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của một lới điện phân phối cực tiểu
tổn thất năng lợng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mưn các điều kiện kỹ thuật
vận hành luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện.
TênăbƠiă
t
oánă
1 2 3 4 5 6 7
Đặcăđimăliăđ
i
nă
Khoá điện đợc điều khiển từ xa




 

Chi phí chuyển tải thấp, không
mấ
t
điện khi chuyển
t
ả
i

   
Chi phí chuyển tải cao, mất
đ

i
ện khi chuyển
t
ả
i


 

 

Lới điện thng xuyên bị quá
t
ả
i

 



Lới điện ít bị quá
t
ả
i

 

  
L


ớ
i

đ
i
ệ
n

h
ầ
u

n
h


k
h
ô
n
g

q
u
á

t
ả
i

  




Bảng 2.2. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lới
2.4.ăTngăquanăvăcácăphngăphápătáiăcuătrúcăliăđinăgimătnăthtăcôngă
sută
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 11

2.4.1.ăGiiăthutăcủaăMerlinăvƠăBackăậăkỹăthutăvòngăkínă
Giải thuật của Merlin và Back [1] khá đơn giản: “Đóng tất cả các khoá điện lại
tạo thành một lới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành m lần
lợt các khoá có dòng chạy qua bé nhất cho đến khi lới điện dạng hình tia”.
 đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lới điện phân phối luôn có
mức tổn thất công suất bé nhất. Vì vậy để có lới điện phân phối vận hành hình tia,
Merlin và Back lần lợt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá
trình sẽ chấm dứt khi lới điện đạt đợc trạng thái vận hành h. Các giải thuật tìm
kiếm nhánh và biên ứng dụng luật heuristic này mất rất nhiều thi gian do có khả
năng xảy ra đến 2
n
cấu trúc nếu có n đng dây đợc trang bị khoá điện.
Hình 2.3 mô tả giải thuật của Merlin và Back, đư đợc Shirmohammadi và
Hong [2]
bổ sung. Giải thuật này chỉ khác so với giải thuật nguyên thủy của Merlin
và Back  chỗ có xét đến điện thế  các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến
dòng điện.
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 12


Hình 2.4: Giải thuật của Merlin và Back đợc chỉnh sửa
Shirmohammadi [2] là tác giả đầu tiên sử dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một
lợng cơng suất khơng đổi để mơ phỏng thao tác chuyển tải của lới điện phân phối
hoạt động h về mặt vật lý nhng về mặt tốn học là một mạch vòng. Dòng cơng
suất bơm vào và rút ra là một đại lợng liên tục. Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn
còn bộc lộ nhiều nhợc điểm, có thể liệt kê nh sau:
- Mặc dù đư áp dụng các luật heuristics, giải thuật này vẫn cần q nhiều thi
gian để tìm ra đợc cấu trúc giảm tổn thất cơng suất.
- Tính chất khơng cân bằng và nhiều pha cha đợc mơ phỏng đầy đủ.
Đọc dữ liệu lưới điện và khoá điện
Đóng tất cảø khoá điện
Giải bài toán phân bố công suất và
thay thế tải bằng các các nguồn dòng
Giải bài toán phân bố công suất tối ưu
Mở khoá điện có dòng bé nhất
Đóngkhoá điện vừa mở
Mở khoá điện có dòng bé nhất tiếp theo
Vi phạm
các điều kiện vận
hành
Lưới điện hình tia
Xuất kết quả
Có
Không
Không
Có

Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 13

- Tổn thất của thiết bị trên đng dây cha đợc xét đến trong giải thuật.
2.4.2.ăGiiăthutăcủaăCivanlarăvƠăcácăcngăsựăậăkỹăthutăđiănhánh.ă
Giải thuật của Civanlar [3] dựa trên heuristics để tái cấu trúc lới điện phân
phối, lu đồ mô tả giải thuật đợc trình bày tại hình 2.5. Giải thuật của Civanlar
đợc đánh giá cao nh:
- Xác định đợc hai qui luật để giảm số lợng khóa điện cần xem xét.
 Nguyên tắc chọn khóa đóng : việc giảm tổn thất chỉ có thể đạt đợc
nếu nh có sự chênh lệch đáng kể về điện áp tại khoá đang m.
 Nguyên tắc chọn khóa m : việc giảm tổn thất chỉ đạt đợc khi thực
hiện chuyển tải  phía có độ sụt áp lớn sang phía có sụt áp bé hơn.
- Xây dựng đợc hàm số mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi có sự
thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu trúc.

 
2
Di
iloop
*
NM
Di
i
IREEI2Re)t(P



















(1*)
Trong đó D : Tập các nút tải đợc dự kiến chuyển tải
I
i
: Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i
E
M
: Tổn thất điện áp do thành phần điện tr gây ra tại nút M
E
N
: Tổn thất điện áp do thành phần điện tr gây ra tại nút N
R
loop
: Tổng các điện tr trên vòng kín khi đóng khoá điện đang m.
Biểu thức (1*) đợc rút ra từ phân tích mô hình tải phân bố tập trung. Biểu thức
này tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lới mẫu nhỏ nhng cha đợc kiểm

chứng  lới điện lớn.
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 14


Hình 2.5 : Lu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự [3].
Kỹ thuật đổi nhánh thể hiện  q trình thay thế 01 khóa m bằng và 01
khố đóng trong cùng một vòng để giảm tổn thất cơng suất. Vòng đợc chọn để
đổi nhánh là vòng có cặp khố đóng/m có mức giảm tổn thất cơng suất lớn nhất.
Q trình đợc lặp lại cho đến khi khơng thể giảm đợc tổn thất nữa.

Giảm số lần thao tác khoá điện
bằng cách xem xét các luật heuristic
Tính toán tổn thất công suất cho
các thao tác đóng cắt được đề nghò
Các thao tác
đóng cắt làm giảm tổn
thất công suất
Thực hiện thao tác đóng/cắt có
mức độ giảm tổn thất công suất nhất
Phân bố công suất cho lưới điện mới
Kiểm tra
quá tải và độ sụt áp
cho phép
Chọn thao tác đóng/cắt kế tiếp
Hệ thống được
xem là tối ưu
Không
Có

Không
Có
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 15

Giải thuật Civanlar có những u điểm sau :
- Nhanh chóng xác định phơng án tái cấu trúc có mức tổn thất nhỏ hơn bằng
cách giảm số liên kết đóng cắt nh qui tắc heuristics và sử dụng công thức thực
nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tơng đối.
- Việc xác định dòng tải tơng đối chính xác.
Tuy nhiên, giải thuật cũng còn nhiều nhợc điểm cần khắc phục:
- Mỗi bớc tính toán chỉ xem xét 01 cặp khóa điện trong 01 vòng.
- Chỉ đáp ứng đợc nhu cầu giảm tổn thất, chứ cha giải quyết đợc bài toán cực
tiểu hóa hàm mục tiêu.
- Việc tái cấu trúc hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc xuất phát ban đầu.
2.4.3.ăGiiăthutădiătruynă(Geneticăalgorithmă(GA).ă
Giải thuật di truyền - GA do D.E. Goldberg đề xuất năm 1968, sau này đợc
phát triển bi L.Davis và Z.Michalevicz. Đây là thuật toán hình thành từ việc nhận
xét thế giới tự nhiên: Quá trình tiến hoá tự nhiên là quá trình tối u nhất, hoàn hảo
nhất.
Đây đợc xem nh một tiên đề đúng, không chứng minh đợc, nhng phù hợp
với thực tế khách quan. T tng chính của giải thuật di truyền là ban đầu phát sinh
ra 1 lúc nhiều li giải khác nhau song song. Sau đó những li giải đợc tạo ra, chọn
những li giải tốt nhất để làm cơ s phát sinh ra những li giải sau với nguyên tắc
‘càng về sau’ càng tốt hơn. Quá trình đó cứ tiếp diễn cho đến khi tìm đợc li giải
tối u trong thi gian cho phép. Mục tiêu chính của giải thuật di truyền không nhằm
đa ra li giải chính xác mà đa ra li giải tơng đối chính xác trong thi gian cho
phép. Giải thuật di truyền tuy dựa trên tính ngẫu nhiên nhng ngẫu nhiên có sự điều
khiển.Tính tối u của quá trình tiến hoá thể hiện  chỗ thế hệ sau bao gi cũng tốt

hơn (phát triển hơn, hoàn thiện hơn và phù hợp với môi trng hơn) thế hệ trớc.
Giải thuật này thích hợp cho việc tìm kiếm các bài toán có không gian nghiệm
lớn nh: bài toán tìm kiếm mật mư khóa có 30 chữ số… Bên cạnh đó, bài toán tái
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 16

cấu trúc mạng phân phối điện với số lợng khóa vô cùng lớn nên không gian
nghiệm của bài toán này rất lớn, bài toán này đòi hỏi phải tìm ra đợc cấu trúc tối
u trong thi gian nhanh nhất. Nh vậy thuật toán di truyền đều mô phỏng bốn quá
trình tiến hoá cơ bản: lai ghép, đột biến, sinh sản, chọn lọc tự nhiên. Từ ý tng và
đặc điểm của giải thuật di truyền, ta nhận xét giải thuật này rất thích hợp để giải bài
toán tái cấu trúc.
Các bớc quan trọng trong việc áp dụng giải thuật di truyền vào bài toán tái
cấu trúc:
- Bớc 1: chọn ra 1 số cấu trúc ngẫu nhiên có thể tìm đợc trong mạng phân phối
điện.
- Bớc 2: kí hiệu các khóa đóng (sectionalize switches) trong mạng phân phối là
0; các khóa thng m (tie switches) là 1.
- Bớc 3: tìm hệ số thích nghi và hàm mục tiêu cho từng cấu trúc đư đợc tạo ra
ban đầu.
- Bớc 4: chọn ra đợc cấu trúc tốt nhất dựa vào hàm mục tiêu (trình bày  II),
tiếp theo đem cấu trúc này thay đổi 1 số vị trí hay còn gọi là đột biến để tạo ra cấu
trúc mới.
Các công thức để tính toán đột biến Bnp'(gen) = Bnp(gen) + S *k *delta
Trong đó:
 Bnp: chuỗi nhị phân tạo ra ngẫu nhiên.
 Bnp’: chuỗi nhị phân tạo ra do đột biến.
 S (-1, 1) với cùng xác suất GGAP đột biến.
 K: giá trị ngẫu nhiên (1, PRECI).

Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 17


Với a
j
: là từng vị trí khóa đóng m đư đợc mư hóa thành chuỗi nhị phân (0 or 1)
- Bớc 5: tính các hệ số thích nghi và hàm mục tiêu cho các cấu trúc vừa mới tạo ra,
và loại bỏ các cấu trúc có hàm mục tiêu nhỏ hơn.
- Bớc 6: nếu cha hết thi gian cho phép thì lập lại bớc 4 để tìm cấu trúc mới.
- Bớc 7: nếu thi gian cho phép chấm dứt thì dừng chơng trình tìm kiếm và báo
cáo kết quả tính đợc.
u điểm của phơng pháp gen:
- Li giải không phụ thuộc vào trạng thái khóa điện ban đầu của mạng.
- Do xét không gian tìm kiếm rộng và bao quát, nh quá trình chọn lọc, lai hóa và
đột biến nên kết quả đạt đợc thng là tối u toàn cục.
- Đây là một phơng pháp giải đầy tiềm năng. Trong tơng lai nếu cải tiến đợc
thuật toán mạnh hơn và tốc độ tính toán của máy tính nhanh hơn thì hoàn toàn có
thể áp dụng vào thực tế vận hành.
Khuyết điểm:
Cũng do không gian tìm kiếm li giải lớn nên hiện tại phơng pháp này có
tốc độ giải còn khá chậm
2.4.4.ăGiiăthutăđƠnăkină(Antăcolonyăalgorithmă-ăACS).ă
Ban đầu, số con kiến bắt đầu từ tổ kiến để đi tìm đng đến nơi có thức ăn. Từ
tổ kiến sẽ có rất nhiều con đng khác nhau để đi đến nơi có thức ăn, nên 1 con
kiến sẽ chọn ngẫu nhiên một con đng đi đến nơi có thức ăn. Quan sát loài kiến,
ngi ta nhận thấy chúng tìm kiếm nhau dựa vào dấu chân mà chúng để lại trên
đng đi (hay còn gọi là dấu chân kiến để lại). Sau 1 thi gian lợng dấu chân

(pheromone) của mỗi chặng đng sẽ khác nhau. Do sự tích lũy dấu chân của mỗi
chặng đng cũng khác nhau đồng thi với sự bay hơi của dấu chân  đoạn đng
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 18

kiến ít đi. Sự khác nhau này sẽ ảnh hng đến sự di chuyển của những con kiến sau
đi trên mỗi đoạn đng. Nếu dấu chân để lại trên đng đi nhiều thì sẽ có khả năng
thu hút các con kiến khác di chuyển trên đng đi đó, những chặng đng còn lại
do không thu hút đợc lợng kiến di chuyển sẽ có xu hớng bay hơi dấu chân sau 1
thi gian qui định.
Điều đặc biệt trong cách hành xử loài kiến là lợng dấu chân trên đng đi có
sự tích lũy càng lớn thì cũng đồng nghĩa với việc đoạn đng đó là ngắn nhất từ tổ
kiến đến nơi có thức ăn (xem hình 4). Từ khi Giải thuật kiến tr thành 1 lý thuyết
vững chắc trong việc giải các bài toán tìm kiếm tối u toàn cục đư có nhiều ứng
dụng thực tế cho giải thuật này nh: tìm kiếm các trang wed cần tìm trên mạng, kế
hoạch sắp xếp thi khóa biểu cho các y tá trong bệnh viện, cách hình thành các màu
khác nhau dựa vào các màu tiêu chuẩn có sẵn, tìm kiếm đng đi tối u cho những
ngi lái xe hơi… nói tóm lại phơng pháp này đa ra để giải quyết các bài toán có
không gian nghiệm lớn để tìm ra li giải có nghiệm là tối u nhất trong không gian
nghiệm đó với thi gian cho phép hay không tìm ra cấu trúc tối u hơn thì dừng.
Phơng pháp này cũng rất thích hợp để giải bài toán tái cấu trúc để có thể tìm ra
trong các cấu trúc có thể của mạng phân phối có 1 cấu trúc có công suất tổn thất là
nhỏ nhất.
Các bớc để tạo ra giải thuật kiến áp dụng cho bài toán tái cấu trúc:
- Bớc 1: một số cấu trúc mạng phân phối sẽ đợc tạo ra ban đầu.
- Bớc 2: mỗi cấu trúc tợng trng cho đoạn đng mà kiến đư đi sẽ đợc tính
toán hàm mục tiêu (giảm tổn thất công suất, cân bằng tải, v…v…).
- Bớc 3: mỗi cấu trúc này sẽ đợc cập nhật vào ma trận dấu chân (ban đầu các
ma trận dấu chân này sẽ bằng nhau) theo công thức (2.2).





+ 

=



+ 

+





.
Trong đó:
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 19

 






: Dấu chân của kiến trên chặng đng xy của cong kiến thứ i ϵ x và
con kiến ϵ y,  lần lặp thứ i.
 Q: Giá trị hằng số; ρ: Xác suất bay hơi dấu chân của những con kiến đi qua.
 





: Dấu chân ban đầu đợc tạo ra cho mỗi đoạn đng.
Sau khi các cấu trúc ban đầu tạo ra đư cập nhật vào ma trận dấu chân, ta sẽ
chọn ra đợc cấu trúc tốt nhất trong số các cấu trúc ban đầu, các cấu trúc còn lại thì
ra sẽ làm bay hơi dấu chân của các cấu trúc này bằng công thức (2.3).




+ 

= × 



+

+ 






.
- Bớc 4: dựa vào ma trận dấu chân ta sẽ xây dựng danh sách các cấu trúc đợc
chọn theo công thức (II.4).
∅


=





.
Trong đó:



: Cng độ dấu chân lớn nhất hang thứ i ϵ X


: Cng độ dấu chân lớn nhất của ma trận dấu chân.
∅


: Khả năng đóng/cắt của các khóa điện trong từng vòng, giá trị
này ϵ [0 , 1] .
- Bớc 5: nếu thi gian cho phép vẫn còn và các cấu trúc chọn vẫn còn thì ta
quay lại bớc 2.
- Bớc 6: nếu thi gian cho phép chấm dứt hay cấu trúc đợc chọn không còn

thì ta dừng chơng trình và xuất ra kết quả.
2.4.5.ăPhngăphápăhăthầnăkinhănhơnătoă(ArtificialăNeuralăNetworkă-ăANN).ă
Hệ thần kinh nhân tạo tỏ ra đặc biệt hữu dụng để thực hiện tái cấu trúc lới vì
chúng có thể mô phỏng mối liên hệ giữa tính chất phi tuyến tính của tải với tính
chất của mạng lới topo nhằm cực tiểu hóa tổn thất trên dây. Mặc dù ANN làm
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 20

giảm đáng kể thi gian tính toán ngay cả khi áp dụng cho các hệ thống phức tạp,
việc ứng dụng chúng trong thực tế vẫn gặp khó khăn do những lý do sau:
- Thi gian huấn luyện kéo dài do tính chất phức tạp trong thao tác.
- Việc huấn luyện cần thực hiện cho từng yếu tố cấu thành lới điện và cần
đợc cập nhật, điều chỉnh một cách liên tục sau này.
- Các số liệu mẫu phải thật chính xác để đảm bảo kết quả tính toán có ý nghĩa.
Kim và các cộng sự [15] đư đề xuất một giải thuật gồm hai giai đoạn dựa trên
ANN trong nỗ lực tái cấu trúc hệ thống nhằm cực tiểu hóa tổn thất. Nhằm tránh
những khó khăn liên quan đến khối lợng lớn các dữ liệu, Kim đư đề nghị chia hệ
thống phân phối thành nhiều vùng phụ tải. Tại mỗi vùng phụ tải, một hệ thống gồm
hai ANN sẽ đợc sử dụng để phân tích mức độ tải và sau đó thực hiện tái cấu trúc
tuỳ theo điều kiện của tải. Việc ứng dụng ANN trong phơng pháp này mang lại các
kết quả tính toán nhanh vì không cần xem xét trạng thái đóng ngắt riêng rẽ trong
giải thuật tổng thể. Tuy nhiên, ANN cũng chỉ có thể tìm ra đợc trạng thái lới sau
tái cấu trúc tốt nh tập số liệu huấn luyện.
2.4.6.ăHăchuyênăgiaă
Có nhiều nghiên cứu giải bài toán tái cấu trúc lới điện phân phối bằng cách sử
dụng hệ chuyên gia. Có thể nói, hệ chuyên gia đư phối hợp đợc cách sử dụng các
giải thuật kết hợp heuristics và tối u hóa cũng nh các giải thuật thuần túy
heuristic với các luật bổ sung dựa trên các điều kiện ràng buộc trong vận hành.
Taylor và Lubkeman đa ra một hệ chuyên gia tái cấu trúc hệ thống phân phối dựa

trên sự m rộng các luật của Civanlar. Taylor và Lubkeman mô tả các mục tiêu cơ
bản của họ nh tránh quá tải máy biến áp, quá tải đng dây và độ sụt áp không
bình thng, các tác giả khẳng định rằng nếu thỏa mưn các điều kiện này sẽ dẫn đến
tối thiểu hóa tổn thất.
2.4.7.ăPhngăăphápă tìmă kimăTABUă(Tabuă
Searchă
Methodă-ă
T
S)ă
ăKhái niệm đầu tiên về bảng tìm kiếm (Tabu search) đợc dùng trong trí tuệ
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 21

nhân tạo. Không giống nh một số giải thuật khác chẳng hạn nh gen hay luyện
kim, nó không liên quan đến những hiện tợng sinh học hay vật lý. Giải thuật bảng
tìm kiếm đợc đề cập bi Fred Glover đầu những năm 1980 và đư đợc ứng dụng
rộng rưi trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật. Trong lĩnh vực hệ thống điện đại
dùng để giải quyế
t
các vấn đề của bài toán tái cấu trúc lới điện phân phối cực tiểu
tổn thất trong các đ
i
ều kiện vận hành bình thng, trong bài toán tái cấu trúc. TS
là phơng pháp tối u sử dụng cho các bài toán tối u tổ hợp.
So sánh với giải thuật luyện kim và gen, TS không gian tìm kiếm và quản lý tích
cực hơn. Giải thuật TS đợc khi tạo với một cấu hình cơ bản, và nó sẽ tr thành
cấu hình hiện tại. Tại mỗi bớc lặp của giải thuật , một cấu trúc kề bên sẽ đợc định
nghĩa cho cấu trúc hiện tại, mỗi bớc di chuyển tiếp theo sẽ chọn ra cấu trúc tốt
nhất liền kề.

Giải thuật tìm kiếm này đư và đang đợc áp dụng rộng rưi trong xử lý một số
vấn đề của mạng điện và mang lại một số kết quả rất khả quan.Thuật toán tìm kiếm
Tabu đợc ứng dụng để tính toán các phơng án tối u và gần tối u đối với bài
toán tái cấu trúc bi các bớc sau đây:
- Bớc 1: nhập dữ liệu nhánh, tải và nút của một hệ thống phân phối bao gồm
cả các điều kiện ràng buộc khi vận hành.
- Bớc 2: lựa chọn một phơng án ngẫu nhiên từ không gian tìm kiếm: S
0
ϵ Ω.
Các nghiệm này đợc thể hiện bi số lợng khóa điện sẽ đợc m trong suốt
quá trình tái cấu trúc.
- Bớc 3: thiết lập kích thớc của danh sách Tabu, số lần lặp lớn nhất và đặt chỉ
số lần lặp m = 1.
- Bớc 4: để phơng án ban đầu thu đợc trong bớc 2 là phơng án hiện tại và
phơng án tốt nhất: S
best
= S
0
, và S
current
= S
0
.
- Bớc 5: chạy phân bố công suất để xác định tổn thất công suất, các điện áp
nút, và các dòng điện nhánh.
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 22

- Bớc 6: tính toán hàm mục tiêu và kiểm tra phơng án hiện tại có thỏa mưn

các điều kiện ràng buộc. Một hệ số phạt đợc thêm vào đối với sự vi phạm
ràng buộc.
- Bớc 7: tính mức độ mong muốn của S
best
: f
best
= f(S
best
). Mức độ mong muốn
là tổng của hàm mục tiêu và hàm phạt.
- Bớc 8: tạo ra một hệ các phơng án trong miền lân cận của phơng án hiện
tại S
current
bằng cách thay đổi các khóa phải đợc m ra. Hệ các phơng án
này đợc ký hiệu là S
neighbor
.
- Bớc 9: tính toán mức độ mong muốn cho mỗi phơng án của S
neighbor
, và
chọn ra một phơng án có mức độ mong muốn cao nhất S
neighbor_best
.
- Bớc 10: kiểm tra xem thuộc tính của phơng án thu đợc trong bớc 9 có
trong danh sách Tabu. Nếu có, đi tới bớc 11, hoặc ngợc lại S
current
=
S
neighbor_best
và đi tới bớc 12.

- Bớc 11: chấp nhận S
neighbor_best
nếu nó có mức độ mong muốn tốt hơn f
best
và
hệ S
current
= S
neighbor_best
, ngợc lại chọn một phơng án tốt kế tiếp mà không có
trong danh sách Tabu để tr thành phơng án hiện tại.
- Bớc 12: cập nhật danh sách Tabu và đặt m = m + 1.
- Bớc 13: lặp lại từ bớc 8 tới bớc 12 cho tới khi số lần lặp lớn nhất đạt.
- Bớc 14: lặp lại bớc 5 và xuất ra phơng án tối u.
2.4.8.ăPhngăăphápăăbầyăđƠnă (
ParticleăSwarmă
Methodă -ă
P
S
O
)ă
Eberhart và Kennedy đư đề xuất phơng pháp tối bầy đàn thông minh vào năm
1995, bản chất của phơng pháp là hành vi thông minh của các thể khi tìm ra đng
đi ngắn nhất. Nền tảng của phơng pháp gồm các bớc sau:
- Chọn bớc di chuyển từ các nơi gần nhất.
- Đi về phía đích.
- Đi đến trung tâm của bầy
Chơng 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 23

Từ những ý tng trên, sơ đồ của phơng pháp bầy đàn (PSO) nh sau:

Hình 2.6: Sơ đồ chung của phơng pháp bầy đàn (PSO).
Tóm lại phơng pháp này đợc lấy cảm hứng từ các hành vi xư hội của
mộ
t
đàn chim di c cố gắng để đến đợc một điểm đến không đợc biết trớc.
Mỗi g
i
ả
i
pháp là một con chim trong đàn và đợc gọi nh là một "phần tử"
tơng tự nh mộ
t
nhiễm sắc thể trong GA. Phơng pháp này đợc sử dụng hiệu
quả trong việc tìm k
i
ếm cho các giải pháp tối u.
ă
ă


B
ắ
t đ
ầ
u

T

ạ
o ra

các đi
ề
u ki
ệ
n ban đ
ầ
u cho m
ỗ
i cá th
ể

S
ố

l
ầ
n l
ặ
p l
ớ
n nh
ấ
t?

Đánh giá điểm tìm kiếm của mỗi cá thể
Việc hiệu chỉnh của mỗi điểm tìm kiếm
Dừng

B
ớ
c 1

Bớc 2
Bớc 3
Sai
Chơng 3: Phơng pháp tiếp cận GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 24

CHNGă3ă
THUTăTOÁNăĐăNGHă
3.1.ăBƠiătoánătáiăcuătrúcăliăđinăphơnăphiăgimătnăthtăcôngăsut
Nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng dẫn đến thách thức không nhỏ cho các
nhà cung cấp điện trong việc duy trì độ tin cậy cung cấp điện và lợi ích kinh tế.
Trong lới điện có nhiều phụ tải, dòng điện rút từ nguồn lớn, dẫn đến sụt áp trên
các nút phụ tải sẽ càng lớn. Hiệu suất của lới phân phối sẽ không cao do điện áp
giảm và tổn thất phân phối lớn, chi phí vận hành sẽ tăng cao. Vì vậy vấn đề thay đổi
cấu trúc thiết kế hệ thống điện thông qua kết hợp với các máy phát phân tán (DG)
và vận hành của lới phân phối thông qua chuyển đổi các khoá điện sẽ góp phần cải
thiện điện áp tại các nút phụ tải và giảm tổn thất công suất trên lới phân phối góp
phần nâng cao hiệu quả, độ tin cậy cung cấp điện.

Hình 3.1: Sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến.
Lới điện phân phối thng có cấu trúc mạch vòng nhng đợc vận hành h
thông qua các khóa m trong hệ thống điện. Công suất thực và công suất phản
kháng chạy trên nhánh (i +1) lần lợt đợc tính theo công thức gần đúng sau:



=

− 

− 
,





+ 



|


|

 .


=

− 

− 
,






+ 



|


|

 .
Tổn thất công suất tác dụng của một phần đng dây giữa nút i và nút i+1 đợc
tính nh sau:

Chơng 3: Phơng pháp tiếp cận GVHD: TS. Trơng Việt Anh

Trang 25

∆
,
=
,






+ 



|


|

 .
Trong đó:
P
i
, Q
i
: Công suất tác dụng và công suất phản kháng tại nhánh thứ i.
V
i
: Điện áp tại nút thứ i.
R
i,i+1
: Điện tr dây giữa nút i và nút i+1.
X
i,i+1
: Điện kháng dây giữa nút i và nút i+1.
Tổn thất công suất của hệ thống bằng tổng tổn thất trên các nhánh.


=


∆



=

.

.
|


|



=




+ 







.

Trong đó:
ΔP
i
: tổn thất công suất tác dụng trên nhánh thứ i
N: tổng số nhánh
P
i
, Q
i
: công suất tác dụng và công suất phản kháng trên nhánh thứ i
V
i
, I
i
: điện áp nút kết nối của nhánh và dòng điện trên nhánh thứ i
P
loss
: tổn thất công suất tác dụng của hệ thống
k
i
: trạng thái của của các khóa điện, nếu k
i
= 0, khóa điện thứ i m và ngợc
lại.
Để giảm tổn thất công suất lới điện phân phối, hàm mục tiêu của bài toán
là:
F(x) = min (P
loss
) (3.5)
Và kèm theo các điều kiện ràng buộc mà lới điện phân phối phải thỏa mưn

là điện áp và dòng điện phải duy trì trong giới hạn cho phép.

,
≤
|


|
≤
,
(3.6)
|


|
≤
,
(3.7)
Để giải bài toán trên, trớc hết phải giải bài toán phân bố công suất cho lới
điện có cấu trúc hình tia và sau khi thực hiện tái cấu trúc, cấu trúc lới hình tia vẫn
phải đợc đảm bảo.