tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm tổn thất công suất
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.11 MB, 84 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN MINH QUÂN
TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT
S
K
C
0
0
3
9
5
9
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
S KC 0 0 3 9 3 6
Tp. Hồ Chí Minh, 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN MINH QUÂN
TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN MINH QUÂN
TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT
NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. PHAN THỊ THANH BÌNH
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên học viên: Nguyễn Minh Qn
MSHV: 10085250021
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện
Khóa: 2010 - 2012
Tên đề tài: Tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm tổn thất cơng suất.
Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui
định) của một luận văn thạc só.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm 2012
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ học tên)
Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Lý lịch khoa học
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC.
Họ và tên: Nguyễn Minh Quân
Giới tính: Nam.
Ngày, tháng, năm sinh: 24/11/1986.
Nơi sinh: Kiên Giang.
Quê quán: Huyện Tân Hiệp – Tỉnh Kiên Giang.
Dân tộc: Kinh.
Địa chỉ liên lạc: Số 200 khóm A, thị trấn Tân Hiệp - huyện Tân Hiệp – tỉnh
Kiên Giang.
Điện thoại nhà riêng: 077.3834.139.
E-mail:
II. Q TRÌNH ĐÀO TẠO.
Đại học:
Hệ đào tạo: chính quy
Thời gian đào tạo : từ 2005 đến năm 2010.
Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Ngành học: Điện khí hóa – Cung cấp điện.
Tên luận văn tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho cao ốc Central Park –
Office Building
Thời gian & nơi bảo vệ luận văn tốt nghiệp: học kỳ 1 năm học 2009-2010 tại
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: Ths. Trần Quang Thọ.
III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC.
Thời gian
Nơi công tác
10/2011-
Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng
08/2012
Thành Phố Hồ Chí Minh
HVTH: Nguyễn Minh Qn
Trang i
Cơng việc đảm nhiệm
Giảng viên
GVHD:PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Lời cam đoan
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2012
Người cam đoan
Nguyễn Minh Quân
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang iii
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của em
gửi đến Phó Giáo Sư - Tiến Sĩ Phan Thị Thanh Bình, người đã tận tụy hướng dẫn
em trong suốt q trình nghiên cứu để hồn thành luận văn này.
Chân thành cảm ơn q thầy cơ Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và
Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM đã giảng dạy em trong suốt hai năm học.
Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất cả các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ tôi về
tinh thần, vật chất và công sức trong suốt quá trình học tập cũng như để hồn thành
luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn !
TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2012
Nguyễn Minh Quân
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang iv
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Tóm tắt
TĨM TẮT
Hệ thống điện phân phối đóng vai trị quan trọng trong việc cung cấp điện đến
hộ tiêu thụ. Vì lý do kỹ thuật, nó ln 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.
Đề xuất một giải thuật mới tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng
dựa theo luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây (Plant
growth simulation algorithm – PGSA). Sử dụng giải thuật đề nghị vào bài tốn 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
khơng phức tạp, ít vịng kín, có tính khả thi cao khi áp dụng cho lưới điện phân phối
của Việt Nam.
Thông qua các kết quả khảo sát trên LĐPP từ đơn giản đến phức tạp đều cho
thấy sau khi tái cấu hình lưới, tổn thất cơng suất giảm đáng kể và từ đó nâng cao độ
tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Điều này cho thấy tính đúng đắn, hiệu quả
của hàm mục tiêu và giải thuật.
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang v
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Mục lục
MỤC LỤC
Trang tựa
Trang
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học ....................................................................................................... i
Lời cam đoan .......................................................................................................... iii
Lời cảm ơn ............................................................................................................. iv
Tóm tắt ......................................................................................................................v
Mục lục ................................................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt ........................................................................................x
Danh sách các bảng ................................................................................................ xi
Danh sách các hình ................................................................................................ xii
Chương 1. Giới Thiệu Luận Văn ........................................................................01
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................02
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn .................................................................03
1.3. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................03
1.4. Phương pháp giải quyết bài toán ......................................................................03
1.5. Điểm mới của luận văn ....................................................................................04
1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn ...........................................................................04
1.7. Bố cục của luận văn .........................................................................................05
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc để giảm tổn thất cho
lưới điện phân phối................................................................................................06
2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối ...................................................................07
2.1.1 Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện ....................08
2.1.2. Cấu trúc lưới điện ..........................................................................................08
2.2. Hiện trạng và đặc điểm của lưới điện phân phối ở Việt Nam ..........................10
2.3. Các bài toán tái cấu hình lưới điện ở góc độ vận hành ....................................11
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang vi
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Mục lục
2.4. Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc để giảm tổn thất cho lưới điện phân
phối ..........................................................................................................................12
2.4.1. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vịng kín ......................................12
2.4.2. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh .......................14
2.4.3. Giải thuật di truyền (Genetic algorithm (GA) ...............................................16
2.4.4. Giải thuật đàn kiến (Ant colony algorithm - ACS) .......................................18
2.4.5. Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network - ANN).....20
2.4.6. Hệ chuyên gia ................................................................................................21
2.4.7. Phương pháp tìm kiếm TABU (Tabu Search Method - TS) ...................21
2.4.8. Phương pháp bầy đàn ( Particle Swarm Method - PSO) ...........................23
Chương 3: Phương pháp tiếp cận ........................................................................25
3.1. Bài toán tái cấu trúc mạng để giảm tổn thất công suất ....................................26
3.2. Giới thiệu giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây .............................................27
3.3. Giới thiệu giải thuật giảm tổn thất công suất ...................................................32
3.4. Xây dựng giải thuật đề nghị để tìm trạng thái khóa điện tối ưu dựa trên thuyết
tăng trưởng cây của PGSA ......................................................................................32
3.4.1 Lưới điện hình tia ...........................................................................................32
3.4.2 Quá trình xây dựng cấu trúc lưới điện ..........................................................33
3.4.3. Xây dựng giải thuật chọn kết nối phù hợp ....................................................33
3.3.4. Xây dựng lưu đồ giải thuật ............................................................................33
Chương 4: Ví dụ kiểm tra giải thuật ...................................................................42
4.1. Ví dụ mạng 3 nguồn (16 nút, 16 nhánh) ..........................................................43
4.2. Ví dụ mạng 1 nguồn (33 nút, 37 nhánh) ..........................................................46
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài .................................................50
5.1. Kết luận ............................................................................................................51
5.2. Hướng phát triển của đề tài .................................................................................... 51
Tài liệu tham khảo ................................................................................................53
Phụ lục ....................................................................................................................55
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang vii
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Danh sách các chữ viết tắt
DANH SÁCH
TCTLĐ: tái cấu trúc lưới điện.
LĐPP: lưới điện phân phối.
GA: giải thuật di truyền.
ACS: Giải thuật đàn kiến
ANN: phương pháp mạng thần kinh nhân tạo.
PSO: phương pháp bầy đàn.
TS: phương pháp bảng tìm kiếm.
SA: phương pháp mơ phỏng luyện kim.
PGSA: Giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây.
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang viii
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Danh sách các bảng
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC ........... 10
Bảng 2.2. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới ...................... 12
Bảng 4.1. Dữ liệu lưới điện 3 nguồn của Civanlar .............................................. 44
Bảng 4.2. Trình tự kết nối phụ tải vào lưới điện 3 nguồn ................................... 44
Bảng 4.3. Kết quả mô phỏng lưới điện 3 nguồn .............................................. 45
Bảng 4.4. Bảng dữ liệu lưới điện 1 nguồn ....................................................... 47
Bảng 4.5. Kết quả mô phỏng lưới điện 1 nguồn .............................................. 48
Bảng 4.6. Kết quả giải thuật đề nghị và các giải thuật khác trên lưới điện một
nguồn ............................................................................................................... 48
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang ix
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Luận văn thạc sĩ
Danh sách các hình
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Tổn thất điện năng của EVN ........................................................... 08
Hình 2.2a. Sơ đồ lưới điện hình tia ................................................................ 09
Hình 2.2b. Sơ đồ cung cấp điện kín vận hành hở ............................................ 09
Hình 2.3. Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Nam .......... 10
Hình 2.4. Giải thuật của Merlin và Back được chỉnh sửa ............................... 13
Hình 2.5. Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự ................................ 15
Hình 2.6. Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn (PSO). ............................... 23
Hình 3.1. khơng gian trạng thái tập trung Morphactin ................................... 27
Hình 3.2a. Mạch ví dụ ban đầu ........................................................................ 28
Hình 3.2b. Mạch trường hợp 1 ........................................................................ 28
Hình 3.2c. Mạch trường hợp 2......................................................................... 29
Hình 3.2d. Mạch trường hợp 3 ........................................................................ 29
Hình 3.3. Sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến.................................................... 30
Hình 3.4. Lưới điện 3 nguồn của Civanlar ..................................................... 32
Hình 3.5. Lưu đồ giải thuật đề nghị ................................................................. 34
Hình 3.6. Ma trận nút mô tả tập nguồn, tập tải và các nút có khả năng liên kết
với nhau ........................................................................................................... 35
Hình 3.7. Ma trận mơ tả lưới điện hình tia ...................................................... 37
Hình 3.8. Ma trận mơ tả các nút đã được cấp điện .......................................... 37
Hình 3.9. Cấu trúc lưới điện khi mở tất cả các khóa điện ............................... 38
Hình 3.10. Cấu trúc lưới điện sau bước thứ nhất ................................................. 39
Hình 3.11. Cấu trúc lưới điện sau bước thứ hai............................................... 40
Hình 3.12. Cấu trúc lưới điện sau bước thứ mười hai ..................................... 41
Hình 4.1. Cấu trúc lưới điện 3 nguồn lúc ban đầu ........................................... 43
Hình 4.2. Cấu trúc lưới điện 3 nguồn sau khi cấu trúc lại ............................... 45
Hình 4.3. Cấu trúc lưới điện 1 nguồn lúc ban đầu .......................................... 46
Hình 4.4. Cấu trúc lưới điện 1 nguồn sau khi cấu trúc lại ............................... 49
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang x
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 1: Giới thiệu luận văn
CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 1
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 1: Giới thiệu luận văn
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ.
Hệ thống điện phân phối đóng vai trị quan trọng trong việc cung cấp điện đến
hộ tiêu thụ. Vì lý do kỹ thuật, nó ln 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 thơng qua
việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khố 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 khơng 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 cịn 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 vơ cùng khó khăn đối với các điều
độ viên. Do đó ln 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.
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 cơng suất, nhằm giúp tăng lợi ích kinh tế cho doanh
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 2
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 1: Giới thiệu luận văn
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 vịng 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.
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.
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 3
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 1: Giới thiệu luận văn
6. Dựa trên luật tăng trưởng của PGSA (Plant Growth Simulation Algorithm) 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 luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây (Plant
growth simulation algorithm – PGSA). Sử dụng giải thuật đề nghị vào bài tốn 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
khơng phức tạp, ít vịng 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 luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng
tăng trưởng cây để tái cấu trúc lại lưới điện phân phối ở Việt Nam nhằm giảm tổn
thất cơng 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.
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 4
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 1: Giới thiệu luận văn
1.7. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN.
Luận văn được thực hiện bao gồm các chương sau:
Chương 1: Giới thiệu luận văn.
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối
Chương 3: Phương pháp tiếp cận.
Chương 4: Ví dụ kiểm tra giải thuật.
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.
Phụ lục và tài liệu tham khảo.
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 5
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
CHƯƠNG 2:
TỔNG QUAN VỀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 6
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA LƯỚI ĐIỆN 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 vịng 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 khố điện nằm trên các
mạch vịng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khố điện.
Một đường dây phân phối ln 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
ln thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường
dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và ln có sự chênh lệch cơng 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 khố 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 khố 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.
Bên cạnh đó, trong q 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
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 7
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
-
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.
-
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 tốn 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
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 8
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
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 phịng (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
Hình 2.2b: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 9
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
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 khơng 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.
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
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 10
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
2.3. CÁC BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI (TCTLĐ) ĐIỆN Ở GÓC 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 khơng
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.
-
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 tốn 5: Khơi 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 (Bài toán xét trong luận văn).
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 ln là bài tốn quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện.
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 11
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
Đặc điểm lưới điện
Tên bài tốn
1
2
3
4
5
6
Khố điện được điều khiển từ xa
Chi phí chuyển tải thấp, khơng
mất điện khi chuyển tải
Chi phí chuyển tải cao, mất
điện khi chuyển tải
Lưới điện thường xuyên bị quá tải
Lưới điện ít bị q tải
Lưới điện hầu như khơng q tải
7
Bảng 2.2. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới
2.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỂ TÁI CẤU TRÚC ĐỂ GIẢM
TỔN THẤT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.
2.4.1. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vịng kín
Giải thuật của Merlin và Back [1] khá đơn giản: “Đóng tất cả các khố điện lại
tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài tốn phân bố cơng suất và tiến hành mở lần
lượt các khố có dòng chạy qua bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia”.
Ở đây Merlin và Back cho rằng với mạch vịng, lưới điện phân phối ln có
mức tổn thất cơng 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 cơng 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 khố điện.
Hình 2.3 mơ 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.
HVTH: Nguyễn Minh Quân
Trang 12
GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình
