tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.94 MB, 106 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯƠNG DUY NGỌC
TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
S K C0 0 4 4 8 9
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯƠNG DUY NGỌC
TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT
VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Họ và Tên: Trƣơng Duy Ngọc
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 24/08/1976
Nơi sinh: Ninh Bình
Quê quán: Ninh Bình
Dân tộc: Kinh
Địa chỉ liên lạc: 94 Đƣờng 297, Phƣớc Long B, Quận 9, Tp.HCM
Điện thoại cơ quan:
Điện thoại nhà riêng: 0938417677
Fax:
Email:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Đại Học
Hệ đào tạo: Vừa học vừa làm
Thời gian: 2008-2012
Nơi học: Trƣờng Đại học Công nghiệp Tp.HCM
Ngành học: Công nghệ điện
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT
NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
Từ 2012 -> nay
Nhà máy sữa Thống Nhất –
Công ty cổ phần sữa Việt
Nam Vinamilk
Trang
Công việc đảm
nhiệm
Nhân viên vận hành
hệ thống chế biến
sữa đặc
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 chƣa từng đƣợc
ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015
(Ký & ghi rõ họ tên)
Trang
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS. Trƣơng Việt
Anh, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn và giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực
hiện luận văn này.
Xin cảm ơn quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện Tử của Trƣờng Đại
học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, những ngƣời thầy đầy nhiệt huyết, thiện
cảm đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm quý báu
giúp tôi tự tin từng bƣớc đi vào thực hiện nghiên cứu khoa học.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
Trang
tháng năm 2015
TĨM TẮT
Luận văn này trình bày giải thuật tối ƣu bầy đàn áp dụng để giải một
bài toán tái cấu trúc lƣới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi
phí thiệt hại do việc ngừng cung cấp điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
cho hệ thống. Nội dung chính là áp dụng giải thuật đề xuất để tìm ra cấu trúc
có chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là bé nhất. Thông qua các
kết quả khảo sát trên lƣới điện phân phối từ đơn giản đến phức tạp đều cho
thấy sau khi tái cấu trúc lƣới thì chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp
điện là nhỏ nhất và đảm bảo đƣợc sự cung cấp điện cho khách hàng. Điều này
cho thấy tính đúng đắn, hiệu quả của mục tiêu và giải thuật đề ra.
Trang
ABSTRACT
This thesis presents a practicle swarm optimizationapplied for solving
distribution network reconfiguration problems in order to minimize the cost
operational and the cost of damage caused by outages to enhance power
supply reliability. The major content of this thesis is that using proposed algorithm to find the best configuration of distribution network, which have minimum operated costs and outage costs. As the analysis results from the simple
to complex distribution networks, the operated cost and outage costs of distribution networksare improved. This shows the effectiveness and correctness of
the proposed objectives and algorithm.
Trang
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................. Error! Bookmark not defined.
LỜI CAM ĐOAN ..................................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN ........................................................... Error! Bookmark not defined.
TÓM TẮT ................................................................. Error! Bookmark not defined.
ABSTRACT .............................................................. Error! Bookmark not defined.
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vii
DANH DÁCH CÁC BẢNG .......................................................................................1
DANH SÁCH CÁC HÌNH .........................................................................................2
Chƣơng 1 .....................................................................................................................4
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN..........................................................................................4
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 4
1.1.1. Về phía cơng ty điện lực. ........................................................................... 5
1.1.2. Về phía khách hàng sử dụng điện. ............................................................. 5
1.1.3. Về mặt kinh tế điện. ................................................................................... 5
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn. ................................................................... 6
1.3. Phạm vi nghiên cứu của Luận văn. .................................................................... 7
1.4. Hƣớng giải quyết bài toán. ................................................................................. 7
1.5. Điểm mới của luận văn....................................................................................... 7
1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn ............................................................................. 7
1.7. Bố cục của luận văn............................................................................................ 8
Chƣơng 2 .....................................................................................................................9
TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ...........................................................9
2.1. Hệ thống điện. .................................................................................................... 9
2.2. Đặc điểm của lƣới điện phân phối. ................................................................... 11
2.3. Các lý do phải vận hành hở lƣới điện phân phối. ............................................. 12
2.4. Các bài toán tái cấu trúc lƣới điện phân phối ở góc độ vận hành. ................... 14
Trang
2.5. Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ƣu cấu trúc lƣới điện phân phối. ..... 16
2.5.1. Giới thiệu. ................................................................................................ 16
2.5.2. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vịng kín. ................................ 18
2.5.3. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh ................. 20
2.5.4. Thuật toán di truyền – Genetic Algorithm (GA) ..................................... 22
2.5.5. Giải thuật đàn kiến (Ant colony search – ACS) ...................................... 25
2.5.6. Mạng thần kinh nhân tạo (Aritificial Neutral Network – ANN) ............. 27
2.5.7. Thuật toán bầy đàn (Practicle Swarm Optimization – PSO) ................... 28
2.5.8. Thuật tốn tìm kiếm Tabu (Tabu Search – TS) ....................................... 29
2.5.9. Thuật tốn mơ phỏng luyện kim (Simulated Annealing – SA) ............... 30
2.6. Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lƣới điện phân phối. ........................... 31
2.6.1. Các nghiên cứu khoa học ......................................................................... 34
2.6.2. Các chỉ tiêu tính tốn độ tin cậy trong mạng phân phối hình .................. 40
Chƣơng 3 ...................................................................................................................47
THUẬT TỐN ĐỀ NGHỊ ........................................................................................47
3.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 47
3.2. Xây dựng hàm mục tiêu. .................................................................................. 48
3.2.1. Bài toán tái cấu trúc lƣới cực tiểu chi phí vận hành. ............................... 48
3.2.2. Bài tốn tái cấu trúc lƣới điện giảm chi phí ngừng điện. ........................ 50
3.2.3. Hàm mục tiêu của bài toán cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng
cung cấp điện. .......................................................................................... 52
3.3. Giải thuật tối ƣu bầy đàn PSO (Particle Swarm Optimization) ....................... 56
3.3.1. Giới thiệu ................................................................................................. 56
3.3.2. Các biểu thức cơ bản của thuật toán PSO ................................................ 58
Trang
3.4. Tái cấu trúc lƣới điện phân phối cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng
điện sử dụng thuật tốn PSO. ........................................................................... 61
3.5. Ví dụ kiểm tra giải thuật. .................................................................................. 64
3.5.1. Mạng điện hai nguồn. .............................................................................. 65
3.5.2. Mạng điện ba nguồn. ............................................................................... 71
3.5.3. Mạng điện một nguồn 33 nút ................................................................... 78
3.5.4. Xuất tuyến 477/SHo Phú Yên ................................................................. 83
3.5.4.1.
Đặc điểm xuất tuyến 477/SHo........................................................... 83
3.5.4.2.
Kết quả thực hiện trên xuất tuyến 477/SHo ...................................... 88
Chƣơng 4 ...................................................................................................................90
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ......................................................................................90
4.1. Kết luận ............................................................................................................ 90
4.2. Những hạn chế và đề xuất phát triển của đề tài................................................ 91
4.2.1. Những hạn chế ......................................................................................... 91
4.2.2. Đề xuất hƣớng phát triển của đề tài ......................................................... 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................92
Trang
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
FCO
: Fuse cut out
LBFCO
: Load break fuse cut out
LBS
: Load break switch
LTD
: Line Tension Disconnecting Switch
IEEE
: Institute of Electrical and Electronic Enginneers.
EEI
: Edison Electric Institute
EPRI
: Electric Power Reasearch Institute
CEA
: Canadian Electric Association
GA
: Genetic Algorithm
ACS
: Ant Colony Search
ANN
: Aritificial Neutral Network
PSO
: Practicle Swarm Optimization
TS
: Tabu Search
SA
: Simulated Annealing
SAIFI
: System Average Interuption Frequency Index
SAIDI
: System Average Interuption Duration Index
CAIFI
: Customer Average Interuption Frequency Index
CAIDI
: Customer Average Interuption Duration Index
CTAIDI
: Customer Total Average Interruption Duration Index
ASAI
: Customer Service Availability Index
ENS
: Energy Not Supplieed
AENS
: Average Energy Not Supplieed
ACCI
: Averaga Customer Cutarilment Index
ASIFI
: Average System Interruption Frequency Index
ASIDI
:Average System Interruption Duration Index
MAIFI
: Momentary Average Interruption Frequency Index
CEMIn
: Customers Experiencing Multiple Interruptions
Trang vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới .................. 15
Bảng 3.1: Hệ số phụ tải tại các nút phụ tải trong một ngày. ........................... 66
Bảng 3.2: Thời gian ngừng điện trên các tuyến dây trong trƣờng hợp 3 ........ 69
Bảng 3.3: So sánh kết quả trƣớc và sau khi tái cấu trúc lƣới điện .................. 70
Bảng 3.4: Hệ số phụ tải tại các nút phụ tải trong một ngày. ........................... 72
Bảng 3.5: Thời gian ngừng điện trên các tuyến dây trong trƣờng hợp 3 ........ 75
Bảng 3.6: So sánh kết quả trƣớc và sau khi tái cấu trúc lƣới điện .................. 77
Bảng 3.7: So sánh kết quả trƣớc và sau khi tái cấu trúc lƣới điện .................. 82
Bảng 3.8: Thông số xuất tuyến 477/SHo. ....................................................... 85
Bảng 3.9: Cƣờng độ sự cố trên các tuyến dây vào mùa mƣa ......................... 86
Bảng 3.10: Hệ số phụ tải điển hình trên xuất tuyến 477/SHo một ngày mùa
khô. .................................................................................................................. 87
Bảng 3.11: Hệ số phụ tải điển hình trên xuất tuyến 477/SHo vào mùa mƣa .. 88
Bảng 3.12: Cấu hình vận hành xuất tuyến 477/SHo trong các trƣờng hợp chi
phí đền bù do ngừng cung cấp điện khác nhau ............................................... 89
Trang 1
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1: Vị trí và vai trị của lƣới điện phân phối ......................................... 10
Hình 2.2: Sơ đồ lƣới điện mạch vịng có mạng 3 nguồn vận hành hở............ 12
Hình 2.3: Giải thuật của Merlin và Back đã đƣợc Shirmohammadi chỉnh sửa.
......................................................................................................................... 20
Hình 2.4: Lƣu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự ............................... 22
Hình 2.5: Sơ đồ chung của phƣơng pháp bầy đàn PSO .................................. 28
Hình 2.6: Cấu trúc điển hình của việc phân tích độ tin cậy của lƣới điện. ..... 33
Hình 2.7: Mơ hình phân chia lƣới phân phối L............................................... 34
Hình 2.8: Mơ hình hai trạng thái của thiết bị. ................................................. 37
Hình 2.9: Mơ hình theo gió và sét. .................................................................. 39
Hình 2.10: Mơ hình quản lý khách hàng theo phần tử cấp điện. .................... 45
Hình 3.1: Sơ đồ đơn tuyến một phát tuyến. .................................................... 48
Hình 3.2: Đồ thị phụ tải lƣới điện của một ngày trong mùa. .......................... 50
Hình 3.3: Sơ đồ mạng một nguồn hai phụ tải ................................................. 50
Hình 3.4: Sơ đồ mạng điện hai nguồn............................................................. 51
Hình 3.5: Lƣu đồ tính chi phí vận hành trong một mùa. ............................... 54
Hình 3.6: Lƣu đồ thuật tốn tính chi phí ngừng điện cho mỗi cấu trúc lƣới .. 56
Hình 3.7: Lƣu đồ thuật tốn tính chi phí ngừng điện cho mỗi cấu trúc lƣới .. 59
Hình 3.8: Lƣu đồ thuật tốn tính chi phí ngừng điện cho mỗi cấu trúc lƣới .. 61
Trang 2
Hình 3.9. Tái cấu trúc lƣới điện giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng điện.
......................................................................................................................... 62
Hình 3.10: Sơ đồ lƣới điện 2 nguồn có 14 phụ tải .......................................... 65
Hình 3.11: Cấu hình lƣới sau khi tái cấu trúc lƣới điện theo trƣờng hợp 1 .... 67
Hình 3.12: Cấu hình lƣới sau khi tái cấu trúc lƣới điện theo trƣờng hợp 2 .... 67
Hình 3.13: Độ hội tụ của hàm mục tiêu trong trƣờng hợp 2........................... 68
Hình 3.14: Cấu hình lƣới điện sau khi tái cấu trúc theo trƣờng hợp 3 ........... 70
Hình 3.15: Mạng điện 3 nguồn có 16 nút. ...................................................... 71
Hình 3.16: Cấu hình lƣới điện sau khi tái cấu trúc theo trƣờng hợp 1 ........... 73
Hình 3.17: Độ hội tụ giải thuật PSO trong trƣờng hợp 1................................ 73
Hình 3.18: Độ hội tụ của hàm mục tiêu trong trƣờng hợp 2........................... 74
Hình 3.19: Cấu hình lƣới điện sau khi tái cấu trúc theo trƣờng hợp 2 ........... 74
Hình 3.20: Độ hội tụ của hàm mục tiêu trong trƣờng hợp 3........................... 76
Hình 3.21: Cấu hình lƣới điện sau khi tái cấu trúc theo trƣờng hợp 3 ........... 76
Hình 3.22: Mạng điện 1 nguồn 33 nút ............................................................ 78
Hình 3.23: Độ hội tụ của hàm chi phí vận hành theo ∆A là bé nhất .............. 79
Hình 3.24: Cấu hình lƣới điện sau khi tái cấu trúc theo trƣờng hợp 1 ........... 79
Hình 3.25: Độ hội tụ của hàm mục tiêu bài tốn trong trƣờng hợp 2 ............. 80
Hình 3.26: Độ hội tụ của hàm mục tiêu bài toán trong trƣờng hợp 3. ............ 81
Hình 3.27: Cấu hình lƣới điện sau khi tái cấu trúc theo trƣờng hợp 3 ........... 81
Hình 3.28. Sơ đồ đơn tuyến xuất tuyến 477/SHo phân chia theo thiết bị phân
đoạn ................................................................................................................. 83
Trang 3
Chƣơng 1
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1.
Đặt vấn đề
Điện năng là một dạng hàng hóa đặt biệt và giữ vai trị quan trọng trong
việc đảm bảo sự ổn định và phát triển của kinh tế xã hội, an ninh chính trị của
mỗi quốc gia. Nếu xét về mặt kinh tế, điện năng đƣợc cung cấp từ các công ty
điện lực đến khách hàng sử dụng điện phải có giá thành rẻ nhất, chất lƣợng
điện phải đảm bảo tốt nhất. Điều này có ý nghĩa quan trọng và quyết định đến
sự tồn tại và phát triển của các công ty điện lực Việt Nam khi tiến hành thị
trƣờng hóa ngành điện. Để thực hiện đƣợc mục tiêu này thì các nhà khoa học
đã khơng ngừng tìm kiếm và nghiên cứu để đƣa ra các giải pháp mới nhƣ tìm
kiếm nguồn năng lƣợng mới, thiết kế và xây dựng để vận hành lƣới điện
thông minh,….
Với đặc thù của lƣới điện phân phối của Việt Nam, bài toán tái cấu trúc
lƣới điện đƣợc đề xuất cho cơng tác vận hành nhằm đi tìm một cấu trúc tối ƣu
cho lƣới điện ứng với từng mục tiêu riêng lẻ hay cùng nhiều mục tiêu khác
nhau. Trong mục đích đi tìm cấu trúc tối ƣu của lƣới điện phân phối nhằm
giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện đƣợc trình bày trong
luận văn này.
Luận văn này tiếp cận việc xây dựng thuật tốn tính chi phí ngừng cung
cấp điện cho mỗi cấu trúc lƣới điện, từ đó áp dụng vào bài tốn tái cấu trúc
lƣới điện phân phối để cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp
điện là bé nhất sử dụng giải thuật tối ƣu bầy đàn PSO (Practicle Swarm Optimization). Kết quả đƣợc khảo sát trên nhiều lƣới điện từ đơn giản đến phức
tạp đƣợc vận hành trong các trƣờng hợp khác nhau.
Trang 4
Việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trong lƣới
điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích sau:
1.1.1. Về phía cơng ty điện lực.
- Giảm giá thành điện năng do giảm đƣợc chi phí bồi thƣờng thiệt hại
cho khách hàng khi ngừng cung cấp điện.
- Tăng lợi nhuận cho công ty do tăng lƣợng điện cung cấp cho khách
hàng.
- Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các công ty điện lực trong thị
trƣờng điện đang ngày đƣợc thƣơng mại hóa.
- Ngồi ra, tái cấu trúc lƣới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung
cấp điện sẽ giảm đƣợc tổn hao công suất trên đƣờng dây và giảm đƣợc chi phí
vận hành.
1.1.2. Về phía khách hàng sử dụng điện.
- Giảm đƣợc chi phí sản xuất, thiệt hại do việc ngừng cung cấp điện.
- Đảm bảo đƣợc kế hoạch sản xuất, sinh hoạt và giải trí trong đời sống
con ngƣời. Đặt biệt là có thể tránh đƣợc những ảnh hƣởng của việc ngừng
cung cấp điện đến con ngƣời nhƣ sức khỏe và đời sống.
1.1.3. Về mặt kinh tế điện.
- Tạo ra một trị trƣờng điện cạnh tranh lành mạnh.
- Thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế.
Tuy nhiên việc cực tiểu chi phí ngừng cung cấp điện hay đánh giá độ
tin cậy và cấu trúc lại lƣới điện phân phối là một việc làm khó khăn, phức tạp
và có độ chính xác khơng cao vì những lý do sau:
- Độ tin cậy của từng phần tử trong lƣới điện là một hàm rời rạc và phân
bố theo thời gian.
- Độ tin cậy của các phần tử trong lƣới điện phụ thuộc vào các điều kiện
tự nhiên, vị trí địa lý, khí hậu của khu vực mà lƣới điện phân phối đi qua.
Trang 5
- Các số liệu phục vụ cho việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lƣới
điện phân phối là rất nhiều và đƣợc thu thập lại bằng phƣơng pháp thống kê.
Đối với lƣới điện Việt Nam hiện nay thì việc đánh giá độ tin cậy của
lƣới điện gặp nhiều khó khăn sau:
- Thiết bị điện cịn cũ kỹ, lạc hậu và không đồng bộ.
- Việc thu thập các số liệu trong quá trình vận hành chƣa đƣợc chú trọng
và lƣu giữ cẩn thận.
- Các hệ thống điều khiển theo thời gian thực nhƣ SCADA còn chƣa phát
triển và các thiết bị đóng cắt có tải chƣa đƣợc trang bị nhiều nên việc có một
cấu trúc lƣới điện vận hành ổn định và đáng tin cậy là một điều vô cùng cần
thiết.
1.2.
Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn.
Mục tiêu của luận văn là tìm ra một giải thuật phù hợp, cho kết quả
đáng tin cậy trong việc tái cấu trúc điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung
cấp điện. Luận văn này giúp chúng ta giải quyết các vấn đề sau:
- Tìm hiểu các bài tốn tái cấu trúc lƣới phân phối và các giải thuật đã
đƣợc áp dụng.
- Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện, các phƣơng pháp đánh giá và
những yếu tố ảnh hƣởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lƣới điện phân
phối.
- Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật tối ƣu bầy đàn PSO để
tìm ra cấu trúc tối ƣu cho hệ thống lƣới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận
hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi hệ thống.
- Kiểm chứng trên một số lƣới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn
của ý tƣởng đề xuất.
Trang 6
1.3.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung giải quyết bài toán tái cấu
trúc lƣới điện phân phối với mục đích cực tiểu chi phí vận hành và chi phí
ngừng cung cấp điện cho hệ thống.
Với cơ sở lý thuyết là xây dựng thuật tốn tính chi phí vận hành và chi
phí ngừng cung cấp điện cho mỗi cấu trúc lƣới và áp dụng thuật toán tối ƣu
bầy đàn PSO vào trong hệ thống lƣới điện một nguồn, hai nguồn, ba nguồn.
1.4.
Hƣớng giải quyết bài tốn.
- Phân tích tổng hợp tài liệu liên quan đến bài toán tái cấu trúc lƣới điện.
- Cơ sở liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Sử dụng các phƣơng pháp tính tốn học để xây dựng hàm mục tiêu
giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống.
- Sử dụng giải thuật tối ƣu bầy đàn PSO để tìm cấu trúc tối ƣu cực tiểu
chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho lƣới điện phân phối.
- Sử dụng phần mềm Matlab để tính tốn, kiểm tra lƣới điện.
1.5.
Điểm mới của luận văn
- Xây dựng đƣợc hàm mục tiêu cho bài tốn tái cấu trúc lƣới phân phối
có xét đến độ tin cậy cung cấp điện. Tính đƣợc chi phí vận hành và chi phí
ngừng cung cấp điện theo đồ thị phụ tải trong ngày theo mùa trong năm.
- Áp dụng giải thuật PSO để tìm ra cấu trúc lƣới điện phân phối tối ƣu
theo hàm mục tiêu đã xây dựng.
- Đƣa ra phƣơng án vận hành tối ƣu có thể có cho những trƣờng hợp
khác nhau của lƣới điện.
1.6.
Giá trị thực tiễn của luận văn
- Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lƣới điện phân phối giảm chi phí vận
hành và chi phí ngừng cung cấp điện đƣợc chứng minh bằng lý thuyết lẫn kết
quả mơ hình tính tốn cho thấy một lƣới điện có cấu trúc lƣới điện đúng sẽ
Trang 7
đƣa ra cấu hình lƣới điện là tối ƣu nhất có cực tiểu chi phí vận hành và chi phí
ngừng cung cấp điện.
- Luận văn góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái
cấu trúc lƣới điện phân phối.
- Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lƣới điện
phân phối.
1.7.
Bố cục của Luận văn.
Luận văn đƣợc thực hiện bao gồm các chƣơng sau:
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN.
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
CHƢƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
Trang 8
Chƣơng 2
TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1.
Hệ thống điện.
Hệ thống điện phân phối là hệ thống điện bao gồm lƣới điện phân phối
và các nhà máy điện đấu nối vào lƣới điện phân phối làm nhiệm vụ sản xuất,
truyền tải và phân bố điện năng.
Hệ thống điện không ngừng phát triển theo thời gian và không gian để
đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng của phụ tải. Tùy theo lĩnh vực nghiên cứu
mà hệ thống điện đƣợc chia hai hƣớng độc lập nhau:
a. Về mặt quản lý và vận hành, hệ thống điện đƣợc phân bố thành
- Các nhà máy điện: gồm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt
điện dầu, tua bin khí, nhà máy điện nguyên tử,… Các nhà máy điện này do
các nhà máy điện vận hành và quản lý.
- Lƣới điện truyền tải là phần lƣới điện bao gồm các đƣờng dây và trạm
biến áp có cấp điện áp từ 220kV trở lên, các đƣờng dây và trạm biến áp có
điện áp 110kV có chức năng truyền tải để tiếp nhận cơng suất từ các nhà máy
điện vào hệ thống điện quốc gia. Lƣới điện truyền tải do các đơn vị truyền tải
điện quản lý và vận hành.
- Lƣới điện phân phối là phần lƣới điện bao gồm các đƣờng dây và trạm
biến áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống, các đƣờng dây và trạm biến áp có
điện áp 110kV có chức năng phân phối điện. Lƣới điện phân phối do các đơn
vị phân phối quản lý.
b. Về mặt nghiên cứu, tính tốn thì hệ thống điện đƣợc phân thành
- Lƣới hệ thống (500kV).
- Lƣới truyền tải (110, 220, 330 kV).
- Lƣới khu vực (110, 220kV).
Trang 9
- Lƣới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV).
- Lƣới phân phối hạ áp (0.4 kV và 0.22 kV).
Sơ đồ hệ thống một lƣới điện đƣợc thể hiện nhƣ sau:
Hình 2.1: Vị trí và vai trị của lƣới điện phân phối
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện mơ tả vị trí và nhiệm vụ của lƣới điện
phân phối trong hệ thống điện từ khâu phát điện, trạm biến áp tăng áp, truyền
tải, trạm biến áp trung gian, lƣới điện phân phối và cuối cùng là lƣới cung cấp
điện.
Trang 10
2.2.
Đặc điểm của lƣới điện phân phối.
Hệ thống điện phân phối là lƣới cung cấp điện trực tiếp cho khách hàng
từ hệ thống điện truyền tải thông qua các trạm biến áp trung gian. Cũng giống
nhƣ đƣờng dây truyền tải, đƣờng dây phân phối cũng có cấu trúc mạch vịng
hoặc mạch hình tia nhƣng ln vận hành ở trạng thái hở trong mọi trƣờng
hợp. Nhờ cấu trúc vận hành hở hoặc lƣới điện hình tia nên hệ thống relay bảo
vệ chỉ cần bảo vệ relay quá dòng, sơ đồ lƣới đơn giản và đặt biệt khi sự cố
xảy ra trên một nhánh thì ít có khả năng ảnh hƣởng đến các nhánh khác trên
hệ thống nên nâng cao đƣợc độ tin cậy cung cấp điện. Để tái cung cấp điện
cho khách hàng sau khi bị sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có mạch vịng liên
kết với các đƣờng dây kế cận đƣợc cung cấp từ một máy biến áp trung gian
khác hay chính trạm biến áp có đƣờng dây bị sự cố. Việc khôi phục lƣới điện
thông qua việc thao tác đóng/cắt các cặp khóa điện nằm trên các mạch vịng,
do đó trên lƣới điện có rất nhiều khóa điện.
Đƣờng dây phân phối phân bố trên diện rộng và cung cấp cho nhiều
loại phụ tải khác nhau, có công suất tiêu thụ cũng khác nhau (công nghiệp
nặng, công nghiệp nhẹ, chiếu sáng, sinh hoạt,…) nên chịu tác động trực tiếp
của mơi trƣờng nhƣ (sét, mƣa, bão, oxi hóa kim loại,…) hay chịu sự tác động
của con ngƣời. Các phụ tải có đồ thị phụ tải khác nhau, khơng cân bằng và
ln có sự thay đổi theo thời gian trong ngày. Điều này làm giảm độ tin cậy
cung cấp điện của hệ thống, gây ra quá tải cho đƣờng dây và tăng tổn thất
công suất trên hệ thống.
Để khắc phục sự cố quá tải trên đƣờng dây, giảm tổn thất công suất và
nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thì các điều động viên sẽ thay đổi cấu trúc
lƣới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khóa điện trên lƣới. Vì
vậy, trong q trình thiết kế, các khóa điện nhƣ Recloser, LBS, DS sẽ đƣợc
lắp đặt ở các vị trí thuận lợi cho việc giám sát và điều khiển. Và có thể áp
Trang 11
dụng hệ thống SCADA vào việc giám sát và điểu khiển các khóa đóng/cắt các
khóa điện để giảm tổn thất cơng suất và chi phí vận hành cho lƣới điện. Hay
nói cách khác là hàm mục tiêu trong q trình vận hành lƣới điện phân phối là
giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là bé nhất.
Trong quá trình vận hành, các phụ tải thay đổi liên tục vì vậy xuất hiện
nhiều mục tiêu vận hành lƣới điện phân phối để phù hợp với từng trƣờng hợp
cụ thể cho hệ thống điện. Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lƣới phân phối
luôn phải thỏa mãn các điều kiện sau:
- Cấu trúc vận hành hình tia trong mọi trƣờng hợp.
- Tất cả các phụ tải đều đƣợc cung cấp điện, các chỉ tiêu kỹ thuật nhƣ
dòng điện, điện áp, tần số của hệ thống phải trong phạm vi cho phép.
- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp và có độ tin cậy cao.
- Đƣờng dây, máy biến áp và các thiết bị khác khơng có tải.
1
Sw
2
Sw
Sw
3
Hình 2.2: Sơ đồ lƣới điện mạch vịng có mạng 3 nguồn vận hành hở.
Khi vận hành hệ thống điện phân phối nhƣ hình 2.2 để giảm tổn thất
công suất hay nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng cách chuyển đổi tải
cung cấp từ các nguồn khác nhau, đảm bảo rằng các phụ tải đều đƣợc cung
cấp điện và lƣới điện phân phối là hình tia. Việc phân tích lựa chọn các cách
chuyển tải là nội dung của bài luận văn này.
2.3.
Các lý do phải vận hành hở lƣới điện phân phối.
Khi lƣới điện vận hành hở, tổn thất năng lƣợng luôn lớn hơn và chất
lƣợng điện năng luôn kém hơn một lƣới điện vận hành kín. Khi có sự cố, thời
Trang 12
gian tái lập việc cung cấp điện của lƣới điện vận hành hở sẽ chậm hơn do có
thời gian chuyển tải qua các tuyến dây khác.
Tuy nhiên, do tính chất khác nhau cơ bản giữa lƣới điện phân phối và
truyền tải nhƣ sau:
- Số lƣợng phần tử nhƣ lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lƣới phân
phối nhiều hơn lƣới truyền tải từ 5 – 7 lần nhƣng mức đầu tƣ chỉ hơn từ 2 –
2,5 lần.
- Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với cơng suất nhỏ và nằm
trên diện rộng, nên khi có sự cố, mức độ thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện
ở lƣới điện phân phối gây ra cũng ít hơn so với sự cố của lƣới điện truyền tải.
Do những đặc trƣng trên, lƣới điện phân phối cần vận hành hở dù có
cấu trúc mạch vịng vì các lý do nhƣ sau:
- Tổng trở đƣờng dây của lƣới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều
so với vận hành vịng kín nên dịng ngắn mạch bé khi có sự cố. Vì vậy chỉ cần
chọn các thiết bị đóng cắt có dịng ngắn mạch chịu đựng và dịng cắt ngắn
mạch bé, nên mức đầu tƣ giảm đáng kể.
- Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại relay
đơn giản rẻ tiền nhƣ relay q dịng, thấp áp … mà khơng nhất thiết phải
trang bị các loại relay phức tạp nhƣ định hƣớng, khoảng cách, so lệch … nên
việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn, nên mức đầu tƣ cũng giảm
xuống.
- Chỉ cần dùng cầu chì tự rơi (FCO: Fuse Cut Out) hay cầu chì tự rơi kết
hợp cắt có tải (LBFCO: Load Break Fuse Cut Out) để bảo vệ các nhánh rẽ
hình tia trên cùng một đoạn trục và phối hợp với Recloser để tránh sự cố
thoáng qua.
- Khi sự cố, do vận hành hở, nên sự cố không lan tràn qua các phụ tải
khác.
Trang 13
- Do đƣợc vận hành hở, nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến dây
dễ dàng hơn và giảm đƣợc phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố.
- Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lƣới phân phối, thì phƣơng án kinh
tế là các lƣới hình tia.
2.4.
Các bài tốn tái cấu trúc lƣới điện phân phối ở góc độ vận hành.
Các bài tốn vận hành lƣới điện phân phối mô tả các hàm mục tiêu tái
cấu trúc lƣới điện nhƣ sau:
- Bài toán 1: Xác định cấu trúc lƣới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời
đoạn để chi phí vận hành bé nhất.
- Bài tốn 2: Xác định cấu trúc lƣới điện khơng thay đổi trong thời đoạn
khảo sát để tổn thất năng lƣợng bé nhất.
- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lƣới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công
suất bé nhất.
- Bài toán 4: Tái cấu trúc lƣới điện cân bằng tải (giữa các đƣờng dây,
máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lƣới
điện.
- Bài tốn 5: Khơi phục lƣới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.
- Bài toán 6: Xác định cấu trúc lƣới theo nhiều mục tiêu nhƣ: tổn thất
công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt
áp cuối lƣới bé nhất cùng đồng thời xảy ra (Hàm đa mục tiêu).
- Bài toán 7: Xác định cấu trúc lƣới điện vận hành tối ƣu và có độ tin cậy
cung cấp điện lớn nhất. Bài toán này đƣợc xét đến trong luận văn này.
Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của một lƣới điện phân phối
cực tiểu tổn thất năng lƣợng, cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện
kỹ thuật vận hành hay bài tốn tính tốn độ tin cậy cung cấp điện cho lƣới
điện phân phối ln là bài tốn quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ
Trang 14
