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

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HỮU HÙNG PHONG

TÌM HIỂU BÀI TOÁN VỀ TÁI CẤU TRÚC
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC HÀM MỤC TIÊU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

S K C0 0 4 3 1 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN HỮU HÙNG PHONG

TÌM HIỂU BÀI TOÁN VỀ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI VÀ CÁC HÀM MỤC TIÊU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN HỮU HÙNG PHONG

TÌM HIỂU BÀI TOÁN VỀ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI VÀ CÁC HÀM MỤC TIÊU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250
Hướng dẫn khoa học:
TS TRƯƠNG VIỆT ANH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC
Họ và tên: Nguyễn Hữu Hùng Phong
Ngày, tháng, năm sinh: 08/03/1982

Nơi sinh: Cần Thơ

Địa chỉ liên lạc: 118/9/36 Trần Phú, phường Cái Khế, quận Ninh Kiều, thành phố
Cần Thơ.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

Từ năm 2000 2005: học đại học trường Đại học Bách Khoa
TP.HCM, chuyên ngành: Điện – Điện tử.
Từ năm 2012 đến nay: học cao học tại trường Đại học SPKT
TP.HCM,chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện (mở tại Cần Thơ).

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC
Từ ngày 28/02/2006 đến 31/12 /200 8: Côn g ty Cổ phần Phân Bón &
Hóa Chất Cần Thơ .
Từ năm 01/2009 đến 05/ 2014 :Văn Phòng Luật Sư Số 1 Thành Phố Cần Thơ.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 04 năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM TẠ

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt,
trang bị những kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho tôi trong quá trình học cao học
tại trường.
Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn đến Thầy TS. Trương Việt Anh người đã
tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm và giúp đỡ để tôi hoàn thành quyển luận
văn này.
Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, cơ quan, đồng nghiệp
và bạn bè đã giúp đỡ cho tôi rất nhiều, đã tạo cho tôi niềm tin và nỗ lực cố gắng để

hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn !
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2014
Học viên thực hiện


TÓM TẮT NỘI DUNG

TÓM TẮT
Luận văn trình bày phương pháp sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO) để xác định
các khoá điện mở trong vận hành lưới phân phối. Mục tiêu chính của bài toán là giảm
tổn thất công suất tác dụng và cải thiện điện áp tại các nút. Để đánh giá giải thuật, các
mạng điện 16 nút, 33 nút và 69 nút lần lượt được mô phỏng, kết quả được so sánh với
một số nghiên cứu đã đề xuất. Kết quả mô phỏng đã chứng tỏ rằng giải thuật PSO là
giải thuật tối ưu có nhiều ưu điểm có thể ứng dụng trong các bài toán tái cấu trúc lưới
điện phân phối.
ABSTRACT

This thesis presents a method of using Particle swarm optimization algorithm (PSO) to
determine the open switches in the distribution. The main objective of the study is to
reduce power loss and improve the voltage quality at the nodes. To evaluate the
algorithms, the power network 16 nodes, 33 nodes and 69 nodes are presented , results
are compared with a number of studies have published. Simulation results have
demonstrated that the PSO algorithm optimization algorithms have many advantages
that can be applied in the reconfiguration distribution networks.


MỤC LỤC
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1. Đặt vấn đề

1

1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

2

1.3. Phạm vi nghiên cứu

2

1.4. Phương pháp nghiên cứu

2

1.5. Điểm mới của luận văn

3

1.6. Giá trị thực tiễn

3

1.7. Bố cục luận văn

4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Đặc điểm của lưới phân phối

5

2.1.1. Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của hệ thống điện

6

2.1.2. Cấu trúc lưới điện

7

2.2. Thực trạng của lưới điện phân phối của Việt Nam

8

2.3. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện ở góc độ vận hành

9

2.4. Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất công suất

10

2.4.1. Giải thuật của Merlin và Back- kỹ thuật vòng kín

11

2.4.2. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự - kỹ thuật đổi nhánh

13

2.4.3. Giải thuật di truyền

15

2.4.4. Giải thuật đàn kiến

17

2.4.5. Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo

19

2.4.6. Hệ chuyên gia

20

2.4.7. Phương pháp tìm kiếm TABU

21

2.4.8. Phương pháp bầy đàn

22

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ
3.1. Bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất

24

3.2. Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất

26

3.3. Kiểm tra giải thuật

31

3.3.1. Mạng 3 nguồn 16 nút

31

3.3.2. Mạng 33 nút

35

3.3.3. Mạng 69 nút

40

3.3.4. Hệ thống khu vực Sông Hinh – Phú Yên

45

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
4.1. Kết luận

50

4.2. Hướng phát triển đề tài

50


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
TỪ
Lưới điện phân phối
Giải thuật di truyền (Genetic algorithm)

VIẾT TẮT
LĐPP
GA

Giải thuật đàn kiến (Ant colony algorithm)

ACS

Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network)

ANN

Phương pháp tìm kiếm TABU (Tabu Search Method)

TS

Phương pháp bầy đàn (Particle Swarm Optimization)

PSO

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Tổn thất điện năng của EVN

6

Hình 2.2a: Sơ đồ lưới điện hình tia

7

Hình 2.2b:Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở

8

Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐPP khu vực miền nam

9

Hình 2.4: Giải thuật của Merlin và Back được chỉnh sửa

12

Hình 2.5: Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự

14

Hình 2.6: Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn

23

Hình 3.1 Sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến

24

Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán PSO

28

Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán đề nghị

30

Hình 3.4: Sơ đồ mạng 3 nguồn 16 nút

31

Hình 3.5: Đặc tính hội tụ không có DG

33

Hình 3.6: Đặc tính hội tụ của giải thuật sau các lần thực thi khác nhau

33

Hình 3.5: Đặc tính hội tụ có DG

34

Hình 3.8: Điện áp tại các nút

34

Hình 3.9: Sơ đồ mạng 1 nguồn 33 nút

35

Hình 3.10: Đặc tính hội tụ không có DG

38

Hình 3.11: Đặc tính hội tụ có DG

38

Hình 3.12: Điện áp tại các nút

39

Hình 3.13: Sơ đồ mạng 1 nguồn 69 nút

40

Hình 3.14: Độ hội tụ tổn thất công suất qua các lần chạy khác nhau

44

Hình 3.15: Chất lượng điện áp sau khi tái cấu trúc

45

Hình 3.16: Sơ đồ xuất tiến 471/A20

47

Hình 3.17: Sơ đồ xuất tiến 477/SHo

48

Hình 3.18: Sơ đồ khối hệ thống lưới điện Sông Hinh

48


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1: Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC

9

Bảng 2.2: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới

10

Bảng 3.1: Thông số nút và nhánh của mạng ba nguồn 16 nút

31

Bảng 3.2: Kết quả tái cấu hình mạng 3 nguồn

32

Bảng 3.3: Thông số mạng 33 nút

35

Bảng 3.4: Thông số các DG

37

Bảng 3.5: So sánh cấu hình trước và sau tái cấu trúc

39

Bảng 3.6: Thông số nhánh và nút mạng 69 nút

40

Bảng 3.7: Kết quả tái cấu hình mạng 69 nút

45

Bảng 3.8: So sánh kết quả Phương án cải tiến với lưới điện hiện hữu

49


Chương 1: Giới thiệu

GVHD: TS. Trương Việt Anh

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1. Đặt vấn đề
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 được vận hành theo kiểu hình tia, mặc dù
được 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 lượng điện sản xuất, trong đó lưới điện phân phối chiếm 5-7%. Do đó nghiên
cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới 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 lưới điện
phân phối như: nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, tăng tiết diện dây
dẫn, hoặc giảm truyền tải công suất phản kháng trên lưới điện bằng cách lắp đặt tụ
bù. Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi
phí đầu tư và lắp đặt thiết bị. Trong khi đó, biện pháp tái cấu trúc lưới thông qua
việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khoá điện có sẵn trên lưới cũng có thể
giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng công suất giữa các tuyến dây
mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện. Không chỉ dừng lại ở mục tiêu
giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc lưới điện phân phối còn có thể nâng cao khả
năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị
mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây.
Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lưới nhằm giảm tổn thất

năng lượng 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.

Trang 1


Chương 1: Giới thiệu

GVHD: TS. Trương Việt Anh

1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối theo
hình tia nhằm giảm tổn thất công suất nâng cao chất lượng 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, thương mại và nhân dân trên các tuyến đường dây đang
cung cấp.
Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn
đề sau:
1. Đọc các bài báo viết về tái cấu trúc lưới điện từ trước đến nay trên thế giới.
Phân loại theo các phương pháp khác nhau.
2. Đánh giá các phương pháp.
3. Đề nghị một phương pháp để tái cấu trúc lưới điện để giảm tổn thất công
suất.

4. Xây dựng hàm mục tiêu đạt mục đích đặt ra.
5. Kiểm chứng trên lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề
xuất.

6. Lập trình trên máy tính và chạy kiểm tra phương pháp đề nghị.
7. Đánh giá lại phương pháp thực hiện và khả năng áp dụng phương pháp đề
nghị vào thực tế. Đồng thời đề xuất hướng nghiên cứu phát triển đề tài.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xoay quanh bài toán tái cấu trúc lưới trên lưới điện phân phối có
cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hình tia. Bài toán tái cấu trúc được nghiên cứu
trong luận án này là: Bài toán tái cấu trúc lưới để giảm tổn thất công suất.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Ở đây chúng ta sử dụng các phương pháp sau:
1. Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề tái cấu trúc
lưới điện.
2. Cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu.

Trang 2


Chương 1: Giới thiệu

GVHD: TS. Trương Việt Anh

3. Thành tựu lý thuyết đã đạt được có liên quan đến đề tài nghiên cứu.
4. Kết quả nghiên cứu của đồng nghiệp đã 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 ưu để tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm tổn thất
công suất.
1.5. Điểm mới của luận văn
Đề xuất một giải thuật mới tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng
dựa theo giải thuật tối ưu bầy đàn (Particle swarm optimization - PSO). Sử dụng
giải thuật đề nghị vào bài toán tìm trạng thái khóa điện tối ưu của lưới điện nhằm

làm giảm tổn thất công suất tác dụng. Ưu điểm của giải thuật là đơn giản, tìm được
lời giải một cách nhanh chóng, thỏa các điều kiện ràng buộc, kết quả có thể chấp
nhận được, phù hợp với lưới điện không phức tạp, ít vòng kín, có tính khả thi cao
khi áp dụng cho lưới điện phân phối của Việt Nam.
1.6. Giá trị thực tiễn
Khi đề xuất giải thuật dựa trên giải thuật tối ưu bầy đàn PSO để tái cấu trúc lại
lưới điện phân phối ở Việt Nam nhằm giảm tổn thất công suất thì:
1. Góp phần nâng cao chất lượng điện, khả năng truyền tải và khả nâng vận
hành lưới điện của Việt Nam ngày càng tốt hơn.
2. Giúp giảm chi phí về vận hành, sửa chữa, cũng như giúp giảm tổn hao về
năng lượng.
3. Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới
điện phân phối.
4. Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện phân
phối.

Trang 3


Chương 1: Giới thiệu

GVHD: TS. Trương Việt Anh

1.7. Bố cục luận văn
Luận văn được thực hiện bao gồm các chương sau:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối
Chương 3: Giải thuật đề nghị.
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài.
Phụ lục và tài liệu tham khảo.

Trang 4


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU
TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Đặc điểm của lưới phân phối
Lưới điện phân phối (LĐPP) là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các
trạm biến thế trung gian ( thường là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV)
đến khách hàng. Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay mạch
tia, còn các đường dây phân phối luôn được vận hành hở trong mọi trường hợp.
Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá
dòng. Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có
các mạch vòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp
trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố. Việc khôi phục
lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các 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 dịch vụ, công nghiệp …) và các phụ tải này được phân bố không
đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và
luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường
dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ.
Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, 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 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 lượng. Hay nói cách khác, hàm
mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành
bao gồm cả chi phí chuyển tải và tổn thất năng lượng.

Trang 5


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

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

-

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 bị khác không bị quá tải

2.1.1 Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện.
-

Do là cầu nối trực tiếp giữa nguồn và khách hàng, do đó nó ảnh hưởng trực tiếp
đến chất lượng 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 lưới truyền tải, phân phối, hạ áp.

Hình 2.1: Tổn thất điện năng của EVN
-

Vốn đầu tư cho mạng phân phối cũng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ
vốn đầu tư theo thống kê cho thấy nếu đầu tư 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 dưỡng theo kế hoạch cải
tạo, lắp đặt trạm mới trên lưới điện trung áp cũng nhiều hơn so với lưới truyền
tải.
Trang 6


Chương 2: Tổng Quan

-

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Là khu vực khó xác định phương án vận hành hơn so với lưới truyền tải, và là
nơi chịu tác động nhiều nhất từ các điều kiện môi trường, thiết bị, nguồn dự
phòng,.v.v.

2.1.2. Cấu trúc lưới điện
Cấu trúc LĐPP đa dạng, phức tạp. Số lượng 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 đã
có khá nhiều phần mềm áp dụng để quản lý kể cả trong khâu kỹ thuật cũng như
khâu kinh doanh. Lưới điện phát triển nhanh, trải rộng; các hộ phụ tải đa dạng, đan
xen.
Chế độ vận hành bình thường lưới điện phân phối là vận hành hở. Các sơ đồ
lưới điện thường gặp là: hình tia, hình tia có nguồn dự phòng (lưới điện kín vận
hành hở). Các sơ đồ trên có những ưu điểm như: 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 thường được sử dụng trong thực tế ở Việt Nam là:

Hình 2.2a: Sơ đồ lưới điện hình tia

Trang 7


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Hình 2.2b: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở

2.2. Thực trạng của lưới phân phối của Việt Nam.
LĐPP của Việt Nam tồn tại 3 cấp điện áp (35, 22, 15)kV, trong đó lưới 35kV
có khối lượng rất nhỏ mà chủ yếu là lưới (15, 22)kV.
Đối với miền Nam trong thời gian vừa qua lưới 22kV các tỉnh phát triển mạnh
mẽ, nếu không tính hai khu vực TP.Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai, lưới 22kV khu
vực Tổng công ty điện lực Miền Nam quản lý chiếm 87,9% (theo dung lượng
TBA), 81,9% (theo khối lượng đường dây). Mặt khác ở khu vực này lưới 15kV hầu
hết được thiết kế theo tiêu chuẩn 22kV, do vậy ở khu vực này việc chuyển đổi lưới
15->22kV cơ bản là rất thuận lợi. Trong một vài năm tới lưới 15kV cơ bản chuyển
thành lưới 22kV.

Trang 8


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

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 đã đẩy mạnh phát
triển LĐPP, bình quân trong giai đoạn 5 năm từ 2007 đến 2011 phát triển trung bình
hơn 1.500 km đường dây phân phối và hơn 2.000 MVA dung lượng trạm biến áp.

Năm

2007

2008

2009

2010

2011

ĐZ phân phối (km)

44.620

45.852

47.255

53.190

54.694

Dung lượng trạm (MVA)

8.710

10.067

11.498

15.668

17.697

Bảng 2.1. Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC

2.3. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện ở goc độ vận hành
Các bài toán vận hành LĐPP chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề sau:
giảm tổn thất công suất của lưới điện, cải thiện thời gian tái lập, cải thiện các hệ số
tin cậy của hệ thống, cải thiện khả năng tải của lưới điện, cải thiện tình trạng không
cân bằng tải, tối thiểu công suất tổn thất, giảm thiểu tổn thất của hệ thống lưới 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 lưới điện phân phối thành các bài toán nhỏ như sau:
-

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

Trang 9


Chương 2: Tổng Quan

-

GVHD: TS. Trương Việt Anh

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

-

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

-

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 định 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 )
Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới tối ưu 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 lưới điện phân phối cực tiểu
tổn thất năng lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện kỹ thuật
vận hành luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện.

Đặc điểm lưới điện

Tên bài toán

1

2

3

4

5

6


Khoá điện được điều khiển từ xa







Chi phí chuyển tải thấp, không













Lưới điện thường xuyên bị quá tải





Lưới điện ít bị quá tải













7



mất điện khi chuyển tải

Chi phí chuyển tải cao, mất



điện khi chuyển tải

Lưới điện hầu như không quá tải









Bảng 2.2. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới
2.4. Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất công
suất

Trang 10


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

2.4.1. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín
Giải thuật của Merlin và Back [1] khá đơn giản: “Đóng tất cả các khoá điện lại
tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần

lượt các khoá có dòng chạy qua bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia”.
Ở đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lưới điện phân phối luôn có
mức tổn thất công suất bé nhất. Vì vậy để có lưới điện phân phối vận hành hình tia,
Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá
trình sẽ chấm dứt khi lưới điện đạt được trạng thái vận hành hở. Các giải thuật tìm
kiếm nhánh và biên ứng dụng luật heuristic này mất rất nhiều thời gian do có khả
năng xảy ra đến 2n cấu trúc nếu có n đường dây được trang bị khoá điện.
Hình 2.3 mô tả giải thuật của Merlin và Back, đã được Shirmohammadi và
Hong [2] bổ sung. Giải thuật này chỉ khác so với giải thuật nguyên thủy của Merlin
và Back ở chỗ có xét đến điện thế ở các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến
dòng điện.

Trang 11


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

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

Vi phạm
các điều kiện vận
hành
Không
Không

Có

Đóngkhoá điện vừa mở
Mở khoá điện có dòng bé nhất tiếp theo

Lưới điện hình tia
Có
Xuất kết quả

Hình 2.4: Giải thuật của Merlin và Back được chỉnh sửa
Shirmohammadi [2] là tác giả đầu tiên sử dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một
lượng cơng suất khơng đổi để mơ phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối
hoạt động hở về mặt vật lý nhưng về mặt tốn học là một mạch vòng. Dòng cơng
suất bơm vào và rút ra là một đại lượng liên tục. Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn
còn bộc lộ nhiều nhược điểm, có thể liệt kê như sau:
-

Mặc dù đã áp dụng các luật heuristics, giải thuật này vẫn cần q nhiều thời
gian để tìm ra được cấu trúc giảm tổn thất cơng suất.

-

Tính chất khơng cân bằng và nhiều pha chưa được mơ phỏng đầy đủ.
Trang 12

Chương 2: Tổng Quan

-

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Tổn thất của thiết bị trên đường dây chưa được xét đến trong giải thuật.

2.4.2. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh.
Giải thuật của Civanlar [3] dựa trên heuristics để tái cấu trúc lưới điện phân
phối, lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày tại hình 2.5. Giải thuật của Civanlar
được đánh giá cao nhờ:
-

Xác định được hai qui luật để giảm số lượng khóa điện cần xem xét.
 Nguyên tắc chọn khóa đóng : việc giảm tổn thất chỉ có thể đạt được
nếu như có sự chênh lệch đáng kể về điện áp tại khoá đang mở.
 Nguyên tắc chọn khóa mở : việc giảm tổn thất chỉ đạt được khi thực
hiện chuyển tải ở phía có độ sụt áp lớn sang phía có sụt áp bé hơn.

-

Xây dựng được hàm số mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi có sự
thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu trúc.
* 

P( t )  Re2   I i E M  E N     R loop  I i
 

iD
 iD

Trong đó

2

D

: Tập các nút tải được dự kiến chuyển tải

Ii

: Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i

EM

: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M

EN

: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N

(1*)

Rloop : Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng khoá điện đang mở.
Biểu thức (1*) được rút ra từ phân tích mô hình tải phân bố tập trung. Biểu thức
này tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lưới mẫu nhỏ nhưng chưa được kiểm
chứng ở lưới điện lớn.

Trang 13