nghiên cứu phương pháp chống quá tải lưới điện bằng giải thuật tái cấu trúc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP
CHỐNG QUÁ TẢI LƯỚI ĐIỆN
BẰNG GIẢI THUẬT TÁI CẤU TRÚC
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SÔ: B2005 - 19 - 49

S KC 0 0 1 9 6 8

Tp. Hồ Chí Minh, 2006


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG
PHÁP CHỐNG QUÁ TẢI
LƯỚI ĐIỆN BẰNG
GIẢI THUẬT TÁI CẤU TRÚC
ĐỀ TÀI CẤP BỘ
CHUYÊN NGÀNH: ỨNG DỤNG
MÃ SỐÕ: B2005 - 19 - 49

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 2006


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH


MỤC LỤC
Chương 0 : Giới thiệu đề tài .

(trang 1 .. 3)

I. Đặt vấn đề
II. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

III. Phạm vi nghiên cứu.
IV. Điểm mới của đề tài
V. Giá trò thực tiễn của đề tài
VI. Bố cục của đề tài
Chương I : Tổng quan LĐPP và phương pháp tiếp cận của đề tài.

(trang 4 .. 23)

I. Giới thiệu
1. Đặc điểm của lưới điện phân phối
2. Các lý do vận hành hở lưới điện phân phối
3. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối ở góc độ vận hành
4. Thực trạng lưới phân phối hiện nay của Việt Nam
II. Các phương pháp giải bài toán 4 - Tái cấu trúc lưới cân bằng tải
1. Quy tắc Heuristic
2. Phương pháp hệ chuyên gia
3. Các phương pháp khác
III. Kết luận
1. Các kỹ thuật giải bài toán tái cấu trúc lưới
2. Phương án giải quyết của đề tài.
Chương II : Giải thuật Heuristic Mờ tái cấu trúc lưới cân bằng tải .
I. Giới thiệu
II. Mô tả lưới điện phân phối
1. Các quy ước của lưói điện phân phối
2. Ví dụ minh hoạ
3. Mô tả toán học thao tác chuyển tải
III. Xây dựng hàm mục tiêu cân bằng tải
IV. Giải thuật Heuristic Mờ
1. Trình tự giảm hàm S cb

(trang 24 .. 45)


2. Biến ngôn ngữ
3. Các điều kiện vận hành quan hệ mờ
4. Lưu đồ giải thuật
V. Ví dụ kiểm tra
VI. Kết luận
Chương III : Ứng dụng trên lưới điện phân phối ĐL Phú Thọ - TP.HCM
(Trang 46 .. 54)
I. Đặc điểm lưới điện phân phối của Điện Lực Phú Thọ
1. Đặc điểm:
2. Nguồn và Lưới điện
3. Công tác vận hành
II. Giải thuật Heuristic Mờ
1. Khả năng
2. Môi trường - cấu hình máy tính
III. Kết quả sử dụng giải thuật Heuristic mờ trên LĐPP ĐL Phú Thọ
1. Chế độ vận hành bình thường
2. Chế độ vận hành sau sự cố
IV. Kết Luận
Chương IV : Kết luận & phụ lục
1. Kết luận và hướng phát triển

(trang 55 .. 56)

2. Phụ lục 1

(trang 1 .. 3)

3. Phụ lục 2

(trang 1 .. 19)

4. Phụ lục 3

(trang 1 .. 10)


ABSTRACT
This research presents a Heuristic fuzzy algorithms for load balancing of
transformers and feeders of a distribution system by network reconfiguration. The
goals and new points of this thesis read follows:
1. The goals ofresearch:
1.1. Generally reseaching on the methods of network reconfiguration for
load balancing in distribution system.
1.2. Bringing out a new algorithms for network reconfiguration for load
balancing
1
Applying algorithms to calculated and operate the distribution system in Ho
Chi Minh City.
2

New points of research:

2.1

Useing Heuristic algorithms with fuzzy approach to the problem “ network
reconfiguration for load balancing”

2.2

Applying algorithms to calculated and operate the distribution system in Ho
Chi Minh City (Phu tho power sector) .


CHƯƠNG 0:
GIỚI THIỆU NGHIÊN CỨU.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
II. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA NGHIÊN CỨU
III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
IV. ĐIỂM MỚI CỦA NGHIÊN CỨU
V. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU
VI. BỐ CỤC CỦA NGHIÊN CỨU


Chương 0: Giới thiệu đề tài

I. Đặt vấn đề
Hệ thống điện phân phối đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến
hộ tiêu thụ. Vì lý do kỹ thuật, nó luôn được vận hành hình tia, mặc dù được thiết kế
theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện. Sự cố quá tải
trên lưới phân phối thường xuyên xảy ra do sự thay đổi tải liên tục. Do đó nghiên
cứu các biện pháp để khôi phục lưới cân bằng tải khi có sự cố quá tải xảy ra trên
lưới phân phối là nhu cầu cấp bách và có thể mang lại nhiều lợi ích kinh tế.
Do có nhiều cấp điện áp phân phối khác nhau (6.6, 10, 15, 22, 35 kV) nên cấu trúc
lưới điện phân phối trong vận hành ít thay đổi. Các thiết bò đóng cắt Recloser và
máy cắt có tải (LBS) không được điều khiển từ xa và có số lượng không đáng kể ,
các tổ đấu dây của máy biến áp tại các trạm trung gian không thống nhất cho nên
để tái cung cấp điện cho khách hàng:

+ Khi có sự cố xảy ra: sau khi loại bỏ phần tử bò sự cố cần phải tái cấu trúc lưới
để cung cấp điện do đó cần phải chống quá tải và cân bằng tải.
+ Khi phụ tải tăng đột biến cần phải chuyển tải để chống quá tải, cân bằng tải.
+ Khi phụ tải tăng nhanh hơn mức đầu tư của lưới: để đảm bảo khả nẳng tải của
hệ thống cần phải tạo được cân bằng tải trên toàn hệ thống. Do đó việc tái cấu
trúc lưới là rất cần thiết để chống quá tải, cân bằng tải.
Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lưới nhằm cân bằng tải trong
điều kiện phải thoả mãn 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 phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và một
giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới trong điều kiện thoả mãn các mục tiêu điều
khiển của các điều độ viên.
Các giải thuật tái cấu trúc lưới luôn được xem xét ở hai góc độ thiết kế và vận
hành. Ở góc độ thiết kế, cần phải chỉ ra vò trí đặt khoá điện và sử dụng loại khoá gì
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 1


Chương 0: Giới thiệu đề tài

(máy cắt, máy cắt có tải, dao cách ly …) để có thể nhanh chóng cân bằng tải sao
cho số lần thao tác đóng cắt nhỏ nhất, giúp điều độ viên có không gian điều khiển
đủ lớn đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng tăng trong tương lai. Ở góc độ vận hành,
dựa vào các vò trí khoá điện có sẵn, điều độ viên phải chỉ ra cấu trúc vận hành sao
cho lưới điện cân bằng tốt nhất. Khi có sự cố hay cần sửa chữa lưới điện, cần phải
tái cấu trúc lưới điện sao cho giảm thiểu số lượng khách hàng bò mất điện, chống
quá tải các phần tử trên lưới, đảm bảo chất lượng điện năng.
II. Mục tiêu và nhiệm vụ của nghiên cứu .
1. Nghiên cứu tổng quan các phương pháp Heuristic, Hệ chuyên gia tái cấu trúc

lưới phân phối cân bằng tải trong hệ thống điện.
2.

Đề nghò giải thuật mới tái cấu trúc lưới cân bằng tải.

3.

ng dụng lưới điện phân phối điện lực Phú Thọ - TP. Hồ Chí Minh.

III. Phạm vi nghiên cứu
Dựa trên nghiên cứu tổng quan các phương pháp tái cấu trúc lưới cân bằng tải, đưa
ra phương pháp mới giải quyết.
-

Chuyển tải giữa các trạm biến áp trung gian 110/15KV thông qua điều khiển
đóng/ cắt các khoá điện ( Recloser, LBS, DS ….) để đạt trạng thái vận hành
cân bằng nhằm giảm thiểu khả năng xảy ra sự cố quá tải khi tải thay đổi hoặc
khi tái cấu trúc sau sự cố

-

Phân bố lại phụ tải trong các trường hợp vận hành sự cố hoặc sửa chữa.

IV. Điểm mới của nghiên cứu.
-

Sử dụng thuật giải Heuristic kết hợp với quan hệ mờ vào bài toán tái cấu trúc
lưới cân bằng tải.

-

ng dụng vào lưới điện phân phối điện lực Phú Thọ – TP.HCM

V. Giá trò thực tiễn của nghiên cứu
-

Phần nghiên cứu tổng quan cho thấy được tầm nhìn tổng quan về các phương
pháp tái cấu trúc lưới cũng như ưu nhược điểm của từng phương pháp.

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 2


Chương 0: Giới thiệu đề tài

-

Thuật toán đề nghò giải bài toán tái cấu trúc lưới cân bằng tải có thể áp dụng
để đưa ra cấu trúc lưới điện vận hành ít xảy ra sự cố nhất. Điều này có thể
được ứng dụng để vận hành lưới điện phân phối TP.HCM trong những ngày
lễ khi mà tải liên tục thay đổi.

VI. Bố cục của nghiên cứu
Luận văn được trình bày trong 5 chương
Chương 0 : Giới thiệu nghiên cứu
Chương I : Tổng quan lưới phân phối và phương pháp tiếp cận của luận văn
Chương II : Giải Thuật Heuristic Mờ tái cấu trúc lưới cân bằng tải
Chương III : Ứng dụng trên lưới điện phân phối điện lực Phú Thọ - TP.HCM
Chương IV : Kết Luận

Phụ Lục Và Tài Liệu Tham Khảo.

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 3


CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN LĐPP VÀ
PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
CỦA ĐỀ TÀI.

I.

GIỚI THIỆU

II.

CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN - TÁI
CẤU TRÚC LƯỚI CÂN BẰNG TẢI

III.

KẾT LUẬN


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

I. Giới Thiệu
1. Đặc điểm của lưới điện phân phối

Hệ thống điện phân phối là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạm
biến thế trung gian đến khách hàng. Đường dây truyền tải thường được vận hành
mạch vòng hay mạch hở, 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 bò sự cố. Việc khôi phục lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt
các cặp khoá điện nằm trên các mạch vòng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều
khoá điện.
Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh hoạt,
thương mại dòch 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
thò phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ. Điều
này gây ra quá tải đường dây và mất cân bằng trên lưới điện phân phối.
Để chống quá tải đường dây, các điều độ viên sẽ thay đổi cấu trúc lưới điện vận
hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên lưới. Vì vậy, trong
quá trình thiết kế, các loại khoá điện (Recloser, LBS,DS…) sẽ được lắp đặt tại các
vò trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khóa này vừa có thể tăng không gian
điều khiển. 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
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 4

Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép
- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp
- Đường dây , máy biến áp và các thiết bò khác không bò quá tải
Hình 1.1 Mô tả một lưới điện phân phối đơn giản gồm có 3 nguồn và nhiều khoá
điện.

T1

T2

T3

1
2
1

2

12

10

3
3

11

23

10

14

21
15

12

24

18

19
25

16
5

5

4
6

17
7

6
Nút tải

7

18

11

8
8

9

16

22

23

14
20

9
khoá điện mở

21

27
19

15

26

20

13

khoá điện đóng
17

28

22
29 30

25

31
26

Hình 1.1

Khoá 10, 21, 11 và 22 ở trạng thái mở để đảm bảo lưới điện vận hành hở. Tất cả tải
trong hệ thống phân phối chỉ được cung cấp bởi một nguồn thông qua mạng phân
phối. Những khoá điện 10, 11, 21 và 22 là những khoá điện thường mở giữa hai
tuyến dây khác nhau, có thể đóng để chuyển tải đến những tuyến dây khác. Những
khoá điện 19, 15, 14 và 18 là những khoá điện thường đóng dọc theo tuyến dây, có
thể mở để cô lập sự cố. Để đảm bảo cấu trúc hình tia có thể điều khiển bằng cách
thay đổi các trạng thái đóng mở của các khoá điện. Bằng cách đóng các khoá điện
thường mở và mở các khoá điện thường đóng thì tải có thể được chuyển từ tuyến

dây này đến tuyến dây khác hoặc từ máy biến áp (MBA) này đến máy biến áp
khác. Ví dụ như đóng khoá điện 10 mở 14 để chuyển tải 11 từ MBA 2 sang MBA
số 1, đóng 21 mở 15 để chuyển tải 12 từ MBA 2 sang MBA 3 hoặc đóng 22 mở 19
để chuyển tải 16 từ MBA 2 sang MBA số 3. Việc phân tích lựa chọn các cách
chuyển tải này là nội dung của các giải thuật tái cấu lưới cân bằng tải tức là phân

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 5


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

bố công suất tải trên các đường dây và máy biến áp sao cho phù hợp với khả năng
mang tải của chúng
2. Các lý do vận hành hở lưới điện phân phối
Lý do vận hành hở lưới phân phối xuất phát từ nét đặc trưng của lưới phân phối:
-

Số lượng phần tử như lộ ra, nhánh rẽ, thiết bò bù, phụ tải của lưới phân phối
nhiều hơn lưới truyền tải từ 5-7 lần nhưng mức đầu tư chỉ hơn từ 2-2.5 lần

-

Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ và nằm trên diện
rộng, nên khi có sự cố, mức độ thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện ở lưới điện
phân phối gây ra cũng ít hơn so với sự cố của lưới điện truyền tải.

Do những nét đặc trưng trên, lưới điện phân phối cần vận hành hở dù có cấu trúc
mạch vòng vì các lý do như sau:

-

Tổng trở của lưới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành
vòng kín nên dòng ngắn mạch bé khi có sự cố. Vì vậy chỉ cần chọn các thiết bò
đóng cắt có dòng ngắn mạch chòu đựng và dòng cắt ngắn mạch bé, nên mức đầu
tư giảm đáng kể.

-

Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại relay đơn giản
rẻ tiền như relay quá dòng, thấp áp … mà không nhất thiết phải trang bò các loại
relay phức tạp như đònh hướng, khoảng cách, so lệch … nên việc phối hợp bảo
vệ relay trở nên dễ dàng hơn, mức đầu tư 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.

-

Do được vận hành hở, nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến dây dễã dàng
hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố.

-

Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương án kinh tế là các
lưới hình tia.

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 6


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

3. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối ở góc độ vận hành
a. Bài toán thiết kế
b. Bài toán vận hành
c. Bài toán bù công suất.
Trong phạm vi luận văn này, chỉ quan tâm đến bài toán vận hành. Các vấn đề đặt ra
trong vận hành lưới điện phân phối:
Trong trường hợp bình thường:
- Vận hành sao cho cấu trúc lưới điện có tổn thất năng lượng nhỏ nhất
- Vận hành sao cho tải cân bằng để giảm thiểu khả năng quá tải trạm biến áp
và đường dây.
Trong trường hợp sự cố:
- Nhanh chóng cô lập vùng bò sự cố
- Khôi phục cung cấp điện kòp thời cho các phụ tải bò ảnh hưởng
- Cân bằng tải giữa các đường dây và máy biến áp
Các vấn đề trên có thể được giải quyết bằng các thao tác đóng cắt các cặp khoá
điện hay còn gọi là tái cấu trúc lưới. Do các yêu cầu trên đòi hỏi khi vận hành lưới
điện phân phối, cho nên đã xuất hiện nhiều bài toán vận hành lưới điện phân phối
với các hàm mục tiêu được mô tả như sau:
-

Bài toán 1 : Xác đònh cấu trúc lưới điện theo đồ thò phụ tải trong 1 thời đoạn
để chi phí vận hành bé nhất.

-

Bài toán 2: Xác đònh cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo
sát để tổn thất năng lượng bé nhất.

-

Bài toán 3: Xác đònh cấu trúc lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công suất
bé nhất.

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 7


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

-

Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy
biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện.

-

Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.

-

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

4. Thực trạng lưới phân phối hiện nay của Việt Nam:
Nhìn chung, cấu trúc lưới phân phối hiện nay của Việt Nam ít thay đổi , chi phí
chuyển tải lớn và phải cắt điện khi chuyển tải vì:
-

Do lòch sử phát triển, ở mỗi miền đất nước có nhiều cấp điện áp phân phối và
giữa các miền các cấp điện áp này cũng khác nhau (6.6 , 10, 15, 22, 35 kV).

-

Recloser và máy cắt có tải (LBS) không được điều khiển từ xa và có số lượng
không đáng kể nên chí phí đóng/cắt lớn và thời gian chuyển tải lâu.

-

Các tổ đấu dây của máy biến áp tại các trạm trung gian không thống nhất, nên
phải cắt điện khi chuyển tải, điều này làm gián đoạn việc cung cấp điện và gây
thiệt hại cho khách hàng sử dụng điện

-

Vì cấu trúc ít thay đổi cho nên việc chuyển tải chỉ xảy ra khi:
o

Vận hành bình thường ( cấu trúc lưới không có sự cố ) : chỉ quan tâm đến
việc chuyển tải sao cho cấu trúc có tổn thất năng lượng là bé nhất

o

Khi có sự cố: sau khi loại bỏ phần tử bò sự cố cần phải tái cấu trúc lưới để
cung cấp điện cho nên cần phải có cấu trúc chống quá tải và cân bằng tải

o

Khi có sự tăng phụ tải đột biến: cần phải chuyển tải để chống quá tải, cân
bằng tải

o

Khi phụ tải tăng nhanh hơn mức đầu tư lưới: để đảm bảo khả năng tải của hệ
thống cần phải chọn mục tiêu là cân bằng tải

Vì các lý do trên trong luận văn này đề nghò mục tiêu vận hành lưới điện phân phối
phù hợp với điều kiện việt Nam hiện này là:

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 8


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

“Tái cấu trúc lưới điện chống quá tải, cân bằng tải ( giữa các đường dây và
máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới

điện – bài toán 4”.
II) Các phương pháp giải bài toán – tái cấu trúc lưới phân phối cân bằng tải
Để giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới hệ thống điện phân phối, trước tiên phải xây
dựng hàm mục tiêu. Ví dụ mục tiêu là cân bằng tải trên toàn hệ thống.
Vấn đề tái cấu trúc hệ thống cũng tương tự như việc tính toán phân bố công suất tối
ưu. Tuy nhiên, tái cấu trúc yêu cầu một khối lượng tính toán lớn do có nhiều biến số
tác động đến các trạng thái khóa điện và điều kiện vận hành như : Lưới điện phân
phối phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đường dây, thiết bò đóng cắt…
Về mặt toán học, tái cấu trúc lưới là bài toán qui hoạch phi tuyến rời rạc theo dòng
công suất chạy trên các nhánh, tại [32] vấn đề tổn thất liên quan với cân bằng tải
được trình bày như sau:
n n

Cực tiểu hàm F = C ij L ij
i
1 j
1

(1-1)

Thoả mãn:
n

S ij D j

(1-2)

Sij

(1-3)

i 1

Sij max

Vij Vij max
n

S ft S ft . max

(1-5)

ft 1

(1-6)

ft

f t

Với:

(1-4)

n

:

Số nút tải có trên lưới.

Cij

:

Hệ số trọng lượng quá tải trên nhánh ij

Lij

:

Mức quá tải của nhánh nối từ nút i đến nút j

Sij

:

Dòng công suất trên nhánh ij


 Dj

:

Nhu cầu công suất điện tại nút j

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 9

Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài


 Vij

:

Sụt áp trên nhánh ij

S ft

:

Dòng công suất trên đường dây ft

ft

:

Các đường dây được cung cấp điện từ máy biến áp t

ft

:

Có giá trò là 1 nếu đường dây ft làm việc, là 0 nếu đường dây ft
không làm việc

Hàm mục tiêu (1-1) thể hiện mức quá tải trên toàn lưới phân phối, có thể đơn giản
hoá hàm mục tiêu bằng cách xét dòng công suất nhánh chỉ có thành phần công suất

tải và điện áp các nút tải là hằng số. Biểu thức (1-2) đảm bảo cung cấp đủ công
suất theo nhu cầu của các phụ tải. Điều kiện chống quá tải tại trạm trung gian và
sụt áp tại nơi tiêu thụ được trình bày qua (1-3) và (1-4). Biểu thức (1-5) đảm bảo
rằng các trạm biến áp hoạt động trong giới hạn công suất cho phép, trong khi mạng
phân phối hình tia được đảm bảo qua (1-6).
Với mô tả trên, tái cấu trúc hệ thống lưới điện phân phối là bài toán qui hoạch phi
tuyến rời rạc. Hàm mục tiêu bò gián đoạn, rất khó để giải bài toán tái cấu trúc bằng
phương pháp giải tích toán học truyền thống [34,35,36]. Do đó khi tiếp cận bài toán
tái cấu trúc lưới cân bằng tải các nhà khoa học đều cho rằng phương pháp giải tích
toán học không hiệu quả bằng các phương pháp tìm kiếm.
Các phương pháp tìm kiếm sử dụng trong bài toán tái cấu trúc lưới lưới điện phân
phối cân bằng tải thường là: Quy tắc Heuristic [12], Hệ chuyên gia[41]
1. Quy tắc Heuristics.
Bản chất phi tuyến rời rạc của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối đã tạo tiền
đề cho các nỗ lực nghiên cứu theo hướng sử dụng kỹ thuật chỉ thuần túy dựa trên
giải thuật heuristics. Các giải thuật này có cùng đặc điểm là sử dụng các công thức
thực nghiệm để đánh giá mức độ cân bằng tải liên quan đến thao tác đóng cắt và
giới thiệu một số qui luật nhằm giảm số lượng xem xét các khóa điện. Tiêu biểu
cho các qui tắc Heuristic trong bài toán xác đònh cấu trúc lưới điện là qui tắc của
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 10


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

Yuan – Yih Hsu[12]. Tác giả đưa ra giải thuật áp dụng luật Heuristic để chỉ ra được
trạng thái các khoá điện nhằm đạt đựơc cân bằng tải trong vận hành.
1.1 Thuật toán của Hsu, Hwu, Liu, Chen, Feng và Lee:
Thuật toán này đề nghò nên vận hành tải cân bằng theo khả năng tải của máy biến

áp và đường dây. Nếu vận hành lưới điện phân phối theo mô hình này thì mỗi máy
biến áp và đường dây đều có khả năng tải dự phòng như nhau ( theo khả năng tải
đònh mức). Do đó có thể hạn chế được tình trạng quá tải khi tải thay đổi.

Các điều kiện vận hành
 Tất cả các tải trên đường dây đều biết
 Cấu trúc của lưới phân phối giữ cố đònh. Chỉ có thể thay đổi trạng thái đóng/
mở của các khoá điện .
 Phải duy trì cấu trúc mạng hình tia.
 Không có bộ phận đường dây nào bò mất điện.
 Giả thiết tải ba pha là cân bằng.
T1

f1
se1

Sw1

Sw2

Se2

Sw4

Sw3
Se3

Sw5 f 1
Se5

Se4

T2

Se6
f3

Sw6

Sw7
Sw9

Sw8
Se7

Se8
Sw12

f4

se12

Sw14

Sw15
se13

Sw11

Sw13

se11

Sw16

se14

T3

se15

Hình 1.2

Sw17

Sw10
Se9

se16

f6

Sw18 f5
Se17
T4

Máy biến áp chính Ti
Khoá điện mở
Khoá điện đóng
fi

se

Đường dây fi
Đoạn dây sei

sw

Khoá điện

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 11


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

Các thông số trong [12] được đònh nghóa như sau:
RCTj , RCfi : Công suất đònh mức của máy biến áp Tj và đường dây fi tương ứng.
ALTi, ALfi, ALsek: Dòng công suất thực sự chuyển tải qua được MBA Tj và dây,
nhánh sek tương ứng.
ACTj, AC fi: Công suất hữu ích thực sự của MBA T j và fi
ILTj, ILfI: Dòng công suất đề nghò chuyển tải qua MBA Tj và fi
Quan hệ giữa dòng công suất đề nghò chuyển tải qua MBA Tj , dây fi và công suất
đònh mức MBA Tj và dây fi được trình bày qua công thức sau:
ACTj = Min ( RC Tj, RCfi )

với fi là các lộ ra nối với MBA Tj

(1.7)

ACfi = AC Tj RCfi / RCfi

với fi là các lộ ra nối với MBA Tj

(1.8)

Hệ số tải đònh mức của hệ thống: LPRsystem = ALsystem / ACsystem

(1.9)

Với: Công suất truyền trong hệ thống ALsystem = ALsek (sek tải trong hệ thống)
Công suất hữu ích của hệ thống ACsystem =  ACTj = ACfi (Tj và f i trong hệ
thống)
Dòng công suất đề nghò truyền qua MBA Tj và dây fi được đònh nghóa qua 2 công
thức sau:
IL = LPRsystem . AC Tj

và

IL = LPRsystem . ACfi

(2)

Tuy nhiên lưới phân phối luôn được vận hành hở và vấn đề tồn tại sự cân bằng nêu
trên hầu như không xảy ra. Nên vấn đề đặt ra là giảm độ lệch giữa các công suất
thực tế ALTj , ALfi và công suất đề nghò IL Tj , ILfi với nhau. Để thực thi việc này,
phương pháp bình phương cực tiểu được tác giả đề nghò. Độ lệch giữa các hệ số lần
lượt là:
LTj = ALTj – ILTj
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

và

Lfi = ALfi – ILfi

(2.1)
Trang 12


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

Hàm mục tiêu J như sau: J  L

2
Tj

Tj

 L 2fi
fi

(2.2)

Để xác đònh trạng thái đóng cắt của các khóa giúp đạt Min hàm J, một lưu đồ trợ
giúp máy suy diễn trong hệ chuyên gia do Yuan-Yih-Hsu đề nghò như hình (1.3)
Thuật toán tìm kiếm với tải bằng số trình bày ở lưu đồ sau ( hình 1.3.)
Bắt đầu
1. Nhập công suất đònh mức, giá trò tải và trạng
thái khoá điện
2.

Xác đònh tập nguồn đường dây

3. Tính toán công suất tải thực, hữu ích, hệ số
mang tải của hệ thống và dòng công suất đề
nghò
4. Chọn lộ ra có L Tj < 0 và L fi > 0 để chuyển tải

5. Chọn lộ ra có L Tj > 0 và L fi < 0 cho chuyển tải

6.

Thực hiện chuyển tải giữa hai lộ này

7. Tính lại công suất P và Q, các độ lệch LTj và
Lfi của các phần tử

Có

8. Cần chuyển tải
nữa không
Không
ho
9. Kiểm tra quá tải
Dừng

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 13

Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

Giải thuật Yuan – Yih – Hsu có những ưu điểm sau:
-

Giảm được không gian tìm kiếm

-

Thuật toán đơn giản, dễ áp dụng

-

Số lần đóng cắt được giảm nhanh chóng nhờ các luật Heuristic.

-

Có thể áp dụng trong trường hợp vận ít thay đổi khoá điện.

-

Hiệu quả trong trường hợp nhiều trạm hay đường dây phải thường xuyên vận
hành với tải gần đònh mức.

Tuy nhiên giải thuật cũng còn nhiều nhược điểm:
-

Thuật toán chỉ kiểm tra quá tải trạm và các lộ ra không kiểm tra quá tải trên
các nhánh dây.

-

Không kiểm tra sụt áp tại các nút tải

-

Lời giải phụ thuộc vào cấu trúc mạng ban đầu

2. Phương pháp hệ chuyên gia
Có nhiều nghiên cứu giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối bằng cách sử
dụng hệ chuyên gia. Có thể nói, hệ chuyên gia đã phối hợp được cách sử dụng các
giải thuật kết hợp Heuristics và tối ưu hóa cũng như các giải thuật thuần túy
Heuristic với các luật bổ sung dựa trên các điều kiện ràng buộc trong vận hành.
Taylor và Lubkeman [41] đưa ra một hệ chuyên gia tái cấu trúc hệ thống phân phối
dựa trên sự mở rộng các luật của Civanlar [8]. Taylor và Lubkeman mô tả các mục
tiêu cơ bản của họ như tránh quá tải máy biến áp, quá tải đường dây và độ sụt áp
không bình thường. Tác giả cho rằng việc sử dụng chiến lược tìm kiếm ưu tiên có
thể giảm được thời gian giải. Năm tập luật khác nhau được đưa ra, sau mỗi quyết
đònh cần phải chạy phân bố công suất để cập nhật trạng thái vận hành của mạng.
Xét mô hình tái cấu trúc hệ thống phân phối và các điều kiện vận hành được Taylor
và Lubkeman đề nghò như sau

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 14


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

T1

T2

T3

1
2
1

2

12

10

3
3

11

23

10

14

21
15

12

24

18

19
25

16
5

5

4

13

6

17
7

6
Nút tải

7

11

8
8

9

19

16

22

23

14
20

9
khoá điện mở

21

27

18
15

26

20

khoá điện đóng
17

28

22
29 30

25

31
26

Hình 1.4

Các điều kiện vận hành khi tái cấu trúc lưới điện phân phối
-

Các hệ thống phân phối có dạng hình tia trong tự nhiên.

-

Mỗi tải chỉ được cung cấp bởi một nguồn.

-

Tất cả các tải trong hệ thống phân phối đều được cung cấp bởi các trạm biến áp
trung gian qua các đường dây phân phối.

-

Các tải được mô tả tại các giá trò đỉnh, và giả thiết rằng mỗi đoạn chứa một khóa
điện với trạng thái có thể là đóng hoặc mở .

-

Các khóa điện liên kết là những khóa điện thường mở giữa hai tuyến dây khác
nhau, khóa điện này có thể đóng để chuyển tải đến các tuyến dây khác.

-

Các khóa điện cách ly là các khóa điện thường đóng dọc theo một đường dây,
nó có thể mở để cô lập các sự cố hoặc bảo dưỡng cấu trúc hình tia của một hệ
thống phân phối. Cấu trúc và cách chuyển tải của mạng hình tia có thể được
điều khiển bằng cách thay đổi các trạng thái đóng - mở của những khóa điện
này.

Như vậy, bằng cách đóng một khóa điện liên kết và mở một khóa điện cách ly, tải
có thể chuyển từ tuyến dây này sang tuyến dây khác hoặc từ máy biến áp này sang
máy biến áp khác.

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 15


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

Mục đích của chiến lược tìm kiếm Heuristic được Taylor đề nghò nhằm loại bỏ một
cách hiệu quả nhất các vấn đề quá tải máy biến áp và các vi phạm ràng buộc về

quá điện áp / nhiệt bằng cách xác đònh các trạng thái đóng mở các khoá điện trong
hệ thống.
Để giải quyết các vấn đề tái cấu trúc đường dây, Taylor đề nghò một cấu trúc hình
cây ( Hình 1.5) với mỗi nút của cây là một nguồn của một số nhánh tương ứng với
khoá điện mở được kết nối đến các tuyến dây máy biến áp. Mục đích cuối cùng là
tìm ra được cấu trúc hình cây mà sẽ loại bỏ quá tải và các ràng buộc của hệ thống.
Trạng thái ban đầu

c22
019
c10
014

c21
015

c11
018

c10
014

C11
018
Hình 1.5 Cây tìm kiếm loại bỏ quá tải

c19
017

c21

015

Với cách tiếp cận tìm kiếm hình cây này, chỉ có hiệu quả ở mạng hình cây không
qúa lớn. Khi sơ đồ tìm kiếm hình cây lớn, cần phải tốn rất nhiều thời gian và năng
lượng để tìm ra lời giải tối ưu và gần tối ưu. Số lần vận hành khoá điện có thể xem
xét để loại bỏ các vi phạm hệ thống trở nên rất lớn. Do đó, nếu chiến lược này được
thực hiện trong thực tế có thể tốn rất nhiều thời gian để tìm ra lời giải.
Để giảm thời gian tìm kiếm, đảm bảo lời giải tối ưu Taylor đã đề nghò một cây tìm
kiếm Exhaustive để đánh giá tất cả các nút của hình cây và đồng thời kết hợp với
tìm kiếm Heuristic để có thể giảm số đường dẫn. Ưu điểm của chiến lược này là có
thể chỉ ra lời giải tối ưu hoặc gần tối ưu. Cấu trúc lưới điện cuối cùng được tìm thấy
đã dựa trên kỹ thuật tìm kiếm ưu tiên và tìm kiếm Exhaustive tức là tìm cả chiều
sâu và chiều rộng. Taylor đã coi bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối như là bài
Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 16


Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và phương pháp tiếp cận của đề tài

toán tối ưu. Để tìm ra đường ngắn nhất thoả mãn hàm mục tiêu, Taylor đã đề xuất ý
tưởng như sau:
Từ điểm khởi đầu, liệt kê tất cả các khoảng cách từ điểm xuất phát đến đích, rồi
chọn khoảng cách nào ngắn nhất ( nút con cấp 1). Tiếp tục liệt kê tất cả các khoảng
cách từ (nút con cấp 1) đến nút đích rồi chọn khoảng cách nào ngắn nhất. Quá trình
này được lập lại cho đến khi tìm được nút đích. (Hình 1.6)
Trong đó A là nút đầu và G là nút đích. Bắt đầu từ A không phải là nút đích phát
triển ra các nút B và C. Lúc đó đo khoảng cách từ B đến nút đích ngắn hơn hơn
khoảng cách từ nút C đến nút đích, thì B được lựa chọn để phát triển. Khi đó cả D
và E đều là nút đích. Tiếp tục đo khoảng cách từ mỗi nút này đến nút đích được tính

toán. Khoảng cách đo được từ nút E đến nút đích lớn khoảng cách từ nút D đến đích
bởi vậy E được chọn để khai triển và từ E tìm tới nút đích G, quá trình tìm kiếm
được xác đònh.

A

4.0

10 .0

B

C

5 .0

2.0
3.0

D

E

F
6.0

3 .0

I

0.0

G

J

H
7.0

1 .0

- tiên
Hình 1.6 cây tìm kiếm ưu

Vơi chiến lược tìm kiếm Heuristic trong cấu trúc hình cây có ưu điểm: giảm không
gian tìm kiếm mà vẫn tiến tới một giải pháp tối ưu hoặc gần tối ưu đồng thời kết
hợp với trí tuệ nhân tạo để tìm ra cấu trúc tốt nhất, có thể chỉ ra được giải pháp đến
đích giải pháp nào không cần thiết thì loại bỏ. Nhưng vẫn còn tồn tại một số nhược
điểm: Do phải xét trên từng nhánh của hình cây nên lời giải lâu, giải lại bài toán

Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ – B2005-19-49

Trang 17