Nghiên cứu và ứng dụng giải thuật tối ưu trọng trường GSA để tái cấu trúc lưới điện phân phối TP HCM có xét đến độ tin cậy cung cấp lượng điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

LÊ DUY PHÚC

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT
TỐI ƯU TRỌNG TRƯỜNG GSA ĐỂ TÁI
CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP.HCM
CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HCM, tháng 01 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

LÊ DUY PHÚC

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT
TỐI ƯU TRỌNG TRƯỜNG GSA ĐỂ TÁI
CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP.HCM
CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. Trương Việt Anh

TP. HCM, tháng 01 năm 2016


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS. Trương Việt Anh
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 12 tháng 3 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT

Họ và tên

Chức danh Hội đồng

1

TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt

Chủ tịch

2

TS. Võ Viết Cường

Phản biện 1

3

PGS.TS. Võ Ngọc Điều

Phản biện 2

4

PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

5

TS. Huỳnh Quang Minh

Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 20 tháng 8 năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Lê Duy Phúc

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 16/12/1991

Nơi sinh: TP. HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

MSHV: 1441830019

I- Tên đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng giải thuật tối ưu trọng trường GSA để tái
cấu trúc lưới điện Tp.HCM có xét đến độ tin cậy cung cấp điện
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Tìm hiểu các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp
dụng.
- Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện, các phương pháp đánh giá và những
yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối.
- Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật Gravitational Search
Algorithm – GSA để tìm ra cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới 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 lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý

tưởng đề xuất đồng thời so sánh với kết quả thực tế vận hành nếu đó là một lưới
điện thực tế.
III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/08/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/01/2016
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Trương Việt Anh
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS. TS. Trương Việt Anh

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng 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.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Lê Duy Phúc


ii

LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS. TS. Trương Việt Anh,
người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Xin cảm ơn quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện Tử của Trường Đại Học Công
Nghệ TP.HCM, những người thầy đầy nhiệt huyết, thiện cảm đã truyền đạt những kiến
thức chuyên môn, những bài học cũng như những kinh nghiệm quý báu giúp tôi tự tin
từng bước đi vào thực hiện đề tài luận văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên tôi,
động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2016

Tác giả Luận văn Lê Duy Phúc


iii

TÓM TẮT
Luận văn này trình bày về lý thuyết và cách thức áp dụng giải thuật tối ưu trọng
trường GSA để giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm thiểu chi phí
vận hành và chi phí đền bù cho khách hàng do ngừng cung cấp điện, nâng cao độ tin
cậy cung cấp điện cho lưới điện Tp. HCM. Nội dung chính trong luận văn này là xây
dựng mô hình hóa để tìm ra cấu trúc có chi phí vận hành và chi phí đền bù do ngừng
cung cấp điện là bé nhất. Từ đó áp dụng vào lưới điện thực tế dựa trên các số liệu đầu
vào và kết quả của việc áp dụng giải thuật sẽ cho thấy sau khi tái cấu trúc lưới thì chi
phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là nhỏ nhất và đảm bảo được sự cung cấp
điện cho khách hàng. Điều này cho thấy tính đúng đắn, hiệu quả từ việc xác định mục
tiêu và giải thuật đề ra.


iv

ABSTRACT
Nowadays, electricity is indispensable for living, commercial, production. The
development of electricity has experienced through many stages. A lot of scientists and
experts are trying their best to find the best solution to operate electrical network
effectively. Many algorithms, solutions had shown their property and effectiveness on
reducing the outage time, loss power,… This thesis introduced about the theory and the
application of Gravitational Search Algorithm (GSA) on solving problems of
distribution network. The result of this thesis will show a new configuration of
distribution network that can help to minimize the cost of operational and the cost of
damage caused by outages. The major content of this thesis is building the model to
find the find the best reconfiguration structure of HCMC distribution network that
minimizes the cost of operation and the compensation for the customers caused by
outages. Then applying the algorithm and the model for solving problems on HCMC
area based on the input parameter. After that, the results will show the reliability
construction that can be operated to minimize the loss power and guarantee the
electrical supply to the customers. This shows the effectiveness and rightness of the
proposed objectives and algorithm.


v

MỤC LỤC
Lời cam đoan ......................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ............................................................................................................................ ii
Tóm tắt .................................................................................................................................iii
Abstract ................................................................................................................................ iv
Mục lục.................................................................................................................................. v
Danh sách các chữ viết tắt.................................................................................................viii
Danh sách các bảng .............................................................................................................. x

Danh sách các hình .............................................................................................................. xi
Chương 1 GIỚI THIỆU LUẬN VĂN ................................................................................ 1
1.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................................... 1
1.1.1 Đối với các công ty Điện lực .......................................................................... 2
1.1.2 Đối với khách hàng sử dụng điện................................................................... 2
1.1.3 Về mặt kinh tế trong ngành điện .................................................................... 2
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn .............................................................................. 3
1.3 Phạm vi nghiên cứu của luận văn.................................................................................. 4
1.4 Hướng giải quyết vấn đề ................................................................................................ 4
1.5 Giá trị thực tiễn của luận văn ......................................................................................... 4
1.6 Bố cục của luận văn ....................................................................................................... 5
Chương 2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TPHCM................................. 6
2.1 Hệ thống điện.................................................................................................................. 6
2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối TPHCM ............................................................... 33
2.3 Những lý do phải vận hành hình tia ở lưới điện phân phối ....................................... 35
2.4 Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối nhìn ở khía cạnh vận hành ................ 36
2.5 Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ưu cấu trúc lưới điện phân phối............... 37
2.5.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 37
2.5.2 Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín .................................... 40
2.5.3 Giải thuật của Civanlar và các cộng sự - kỹ thuật đổi nhánh ..................... 41
2.5.4 Thuật toán di truyền – Genetic Algorithm (GA)......................................... 43
2.5.5 Giải thuật đàn kiến – Ant colony search (ACS) .......................................... 46
2.5.6 Mạng thần kinh nhân tạo – Aritificial Neutral Network (ANN)................ 48


vi
2.5.7 Thuật toán bầy đàn – Practicle Swarm Optimization (PSO) ...................... 48
2.5.8 Thuật toán tìm kiếm Tabu – Tabu Search (TS)........................................... 49
2.5.9 Thuật toán mô phỏng luyện kim – Simulated Annealing (SA).................. 51
2.6 Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối ...................................... 52

2.6.1 Các nghiên cứu khoa học.............................................................................. 54
2.6.1.1 Phương pháp cây sự cố - Graph Tree ................................................. 54
2.6.1.2 Mô hình hóa dựa trên tỷ lệ sự cố và thời gian sửa chữa .................... 57
2.6.1.3 Mô hình hóa cải tiến của Karin Alvehag và Lennart Soder .............. 58
2.6.2 Các chỉ tiêu tính toán độ tin cậy trong lưới điện phân phối........................ 60
Chương 3 THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ VÀ KIỂM TRA THỰC TẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI THUỘC PHẠM VI QUẢN LÝ CỦA ĐIỆN LỰC THỦ THIÊM .......... 63
3.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 63
3.2 Xây dựng hàm mục tiêu ............................................................................................... 64
3.2.1 Bài toán tái cấu trúc lưới cực tiểu chi phí vận hành .................................... 64
3.2.2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí ngừng cung cấp điện ............. 66
3.2.2.1 Xét lưới điện đơn giản có một nguồn ................................................. 66
3.2.2.2 Xét mạng điện kín vận hành hở .......................................................... 67
3.2.2.3 Tính toán chi phí ngừng cung cấp điện .............................................. 68
3.2.3 Hàm mục tiêu của bài toán cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng
cung cấp điện ...................................................................................................................... 65
3.2.3.1 Xây dựng thuật toán tính chi phí vận hành trong một ngày .............. 69
3.2.3.2 Xây dựng thuật toán tính cực tiểu chi phí ngừng cung cấp điện....... 70
3.3 Giải thuật tối ưu trọng trường – Gravitational Search Algorithm (GSA)................. 72
3.3.1 Khái niệm về thuật toán trọng trường GSA ................................................ 72
3.3.2 Lưu đồ thuật toán GSA ................................................................................. 75
3.4 Tái cấu trúc lưới điện phân phối cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng điện sử
dụng thuật toán GSA .......................................................................................................... 82
3.5 Ví dụ kiểm tra giải thuật .............................................................................................. 84
3.5.1 Mạng điện 1 nguồn 33 nút ............................................................................ 85
3.5.2 Kiểm tra thực tế trên lưới điện phân phối của Điện lực Thủ Thiêm.......... 94
Chương 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .......................................................................... 105


vii

4.1 Kết luận ....................................................................................................................... 105
4.2 Những hạn chế và đề xuất phát triển của đề tài........................................................ 107
4.2.1 Những hạn chế............................................................................................. 107
4.2.2 Đề xuất hướng phát triển của đề tài ........................................................... 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 109


viii

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 Supplied

AENS

: Average Energy Not Supplied

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

DMS

: Distribution Management System

EMS

: Energy Management System

GSA

: Gravitational Search Algorithm


ix

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Hệ số phụ tải tại các nút phụ tải trong một ngày ...................................... 85
Bảng 3.2: So sánh kết quả trước và sau khi tái cấu trúc lưới điện ............................ 94
Bảng 3.3: Thông số lưới điện 2 tuyến Phước Lai và Ông Nhiêu .............................. 97
Bảng 3.4: Thời gian ngừng cung cấp điện trên các tuyến dây vào mùa khô ............ 99
Bảng 3.5: Cường độ sự cố trên các tuyến dây vào mùa mưa .................................. 100
Bảng 3.6: Bảng so sánh chi phí vận hành sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện cho
từng vị trí khóa mở trong mùa nắng. (C0 = C1 = 2.200 VNĐ) .............................. 102
Bảng 3.7: Bảng so sánh chi phí vận hành sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện cho
từng vị trí khóa mở trong mùa nắng. (C0 = 2.200 VNĐ, C1 = 6.600 VNĐ) .......... 102
Bảng 3.8: Bảng so sánh chi phí vận hành sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện cho
từng vị trí khóa mở trong mùa mưa. (C0 = C1 = 2.200 VNĐ) ............................... 103
Bảng 3.9: Bảng so sánh chi phí vận hành sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện cho
từng vị trí khóa mở trong mùa nắng. (C0 = 2.200 VNĐ, C1 = 6.600 VNĐ) .......... 104


x

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 2.1 : Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối .................................................... 7
Hình 2.2 : Sơ đồ lưới điện TPHCM năm 2015 ........................................................... 8
Hình 2.3 : Sơ đồ lưới điện trung thế của Điện lực An Phú Đông ............................... 9
Hình 2.4: Sơ đồ lưới điện mạch vòng có 3 nguồn vận hành hở ................................ 35
Hình 2.5: Giải thuật của MerLin và Back đã được Shirmohammadi chỉnh sửa ....... 41
Hình 2.6: Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự ......................................... 43
Hình 2.7: Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn PSO ............................................ 49
Hình 2.8: Cấu trúc điển hình của việc phân tích độ tin cậy của lưới điện ................ 53
Hình 2.9: Mô hình phân chia lưới phân phối L......................................................... 55
Hình 2.10: Mô hình hai trạng thái của thiết bị .......................................................... 57
Hình 2.11: Mô hình theo gió và sét ........................................................................... 59
Hình 3.1: Sơ đồ đơn tuyến một phát tuyến ............................................................... 64
Hình 3.2: Đồ thị phụ tải lưới điện của một ngày trong mùa ..................................... 66
Hình 3.3: Sơ đồ mạng một nguồn hai phụ tải ........................................................... 66
Hình 3.4: Sơ đồ mạng điện hai nguồn....................................................................... 67
Hình 3.5: Lưu đồ tính chi phí vận hành trong một mùa............................................ 70
Hình 3.6: Lưu đồ thuật toán tính chi phí ngừng điện cho mỗi cấu trúc lưới ............ 72
Hình 3.7: Các vật thể tương tác với nhau.................................................................. 73
Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán GSA ............................................................................. 75
Hình 3.9: Độ hội tụ của bài toán cực tiểu hàm số bậc 4 sử dụng GSA..................... 82
Hình 3.10: Tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng điện. .... 83
Hình 3.11: Mạng điện 1 nguồn 33 nút ...................................................................... 87
Hình 3.12: Độ hội tụ của hàm chi phí vận hành theo ∆A là bé nhất......................... 88
Hình 3.13: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 1...................... 89
Hình 3.14: Độ hội tụ của hàm mục tiêu bài toán trong trường hợp 2 ....................... 90
Hình 3.15: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 2...................... 91
Hình 3.16: Độ hội tụ của hàm mục tiêu bài toán trong trường hợp 3 ....................... 92
Hình 3.17: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 3...................... 93

Hình 3.18: Sơ đồ khối của lưới điện của 2 tuyến Phước Lai và Ông Nhiêu thuộc
Điện lực Thủ Thiêm quản lý ..................................................................................... 96


xi
Hình 3.19: Mô hình hóa lưới điện 2 tuyến Phước Lai và Ông Nhiêu thuộc Điện lực
Thủ Thiêm quản lý .................................................................................................... 97
Hình 3.20: Đồ thị hệ số phụ tải của 02 tuyến Phước Lai và Ông Nhiêu theo giờ của
08 khu vực phụ tải trong mùa khô .......................................................................... 100
Hình 3.21: Đồ thị hệ số phụ tải của 02 tuyến Phước Lai và Ông Nhiêu theo giờ của
08 khu vực phụ tải trong mùa mưa ......................................................................... 101


1

Chương 1

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1 Đặt vấn đề
Điện năng là một dạng hàng hóa đặc biệt và giữ vai trò quan trọng trong việc đảm
bảo sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội, an ninh chính trị của một quốc gia. Điện
được sản xuất ra từ những nhà máy phát điện, sau đó được truyền tải đến những nơi có
nhu cầu sử dụng điện và được phân phối cho các công ty Điện lực trước khi đến khách
hàng. Mục đích hàng đầu của ngành điện là đảm bảo cung cấp điện cũng như chất
lượng điện năng đến khách hàng luôn là tốt nhất với giá bán là rẻ nhất. Đây là điều
kiện cần tiên quyết 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 trường hóa ngành điện bắt đầu vào
năm 2016 đối với thị trường bán buôn và năm 2021 đối với thị trường bán lẻ. Ở các
nước trên thế giới, với sự tiến bộ về khoa học và kỹ thuật của họ, các nhà khoa học
luôn không ngừng tìm kiếm và nghiên cứu để đưa ra các giải pháp đảm bảo cung cấp

điện và chất lượng điện năng như tìm kiếm nguồn năng lượng mới (renewable energy),
hệ thống SCADA/EMS/DMS, những thuật toán tái cấu hình lưới để xây dựng một lưới
điện vận hành thông minh và có độ ổn định cao.
Với đặc thù của lưới điện phân phối của Việt Nam, bài toán tái cấu trúc lưới điện
được đề xuất phục vụ công tác vận hành nhằm đi tìm một cấu trúc tối ưu cho lưới điện
ứng với từng mục tiêu riêng lẻ hay nhiều mục tiêu khác nhau. Mục tiêu của bài toán
đim tìm cấu trúc tối ưu của lưới điện phân phối là giảm chi phí vận hành và giảm chi
phí ngừng cung cấp điện đến khách hàng.
Luận văn này tiếp cận cách thức xây dụng thuật toán tính chi phí ngừng cung cấp
điện cho mỗi cấu trúc lưới điện, từ đó áp dụng vào bài toán tái cấu trúc lưới điện phân
phối để cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là thấp nhất sử dụng
giải thuật tối ưu trọng trường Gravitational Search Algorithm – GSA. Kết quả được


2

khảo sát trên nhiều lưới điện từ đơn giản đến phức tạp và được vận hành ở nhiều
trường hợp khác nhau.
Việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trong lưới điện phân
phối sẽ mang lại nhiều lợi ích như sau:
1.1.1 Đối với các công ty Điện lực
- Giảm giá thành điện năng do giảm được chi phí bồi thường thiệt hại cho khách
hàng khi ngừng cung cấp điện.
- Tăng lợi nhuận cho các công ty Điện lực do tăng lượng điện năng cung cấp cho
khách hàng.
- Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các công ty Điện lực trong thị trường điện
đang ngày được thương mại hóa.
- Ngoài ra, tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện sẽ
giảm được tổn hao công suất trên đường dây và giảm được chi phí vận hành.
1.1.2 Đối với khách hàng sử dụng điện

- Giảm được chi phí sản xuất, thiệt hại do ngừng cung cấp điện.
- Đảm bảo được kế hoạch sản xuất, sinh hoạt và giải trí trong đời sống con người.
Đặc biệt là có thể tránh được những ảnh hưởng của việc mất điện những phụ tải quan
trọng như bệnh viện, sân bay, …
1.1.3 Đối với mặt kinh tế trong ngành điện
- Tạo ra một thị trường 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 lưới điện phân phối là một việc làm khó khăn, phức tạp và có độ chính xác
không cao vì những lý do sau:
- Độ tin cậy của từng phần tử trong lưới điện là một hàm rời rạc và phân bố theo
thời gian.


3

- Độ tin cậy của các phần tử trong lưới điện phụ thuộc vào các điều kiện tự nhiên,
vị trí địa lý, khí hậu của khu vực mà lưới điện phân phối đi qua.
- Các số liệu phục vụ cho việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện
phân phối là rất nhiều và được thu nhập lại bằng phương pháp thống kê.
Đối với lưới điện Việt Nam hiện nay thì việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện
gặp nhiều khó khăn như sau:
- Thiết bị điện đã quá lạc hậu và đang trong quá trình thay mới dần.
- Việc thu thập các số liệu trong quá trình vận hành chưa được chú trọng và lưu
giữ cẩn thận.
- Các hệ thống giám sát và điều khiển từ xa theo thời gian thực chưa được phát
triển rộng rãi đến lưới điện phân phối.
- Bên cạnh đó, những chỉ tiêu được ban hành từ Tập đoàn Điện lực Việt Nam
nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện rất gắt gao, đòi hỏi lưới điện phải có một cấu
trúc vận hành ổn định và đáng tin cậy.

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 toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp
dụng.
- Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện, các phương pháp đánh giá và những
yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối.
- Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật Gravitational Search Algorithm –
GSA để tìm ra cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận
hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi hệ thống.


4

- Kiểm chứng trên một số lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý
tưởng đề xuất đồng thời so sánh với kết quả thực tế vận hành nếu đó là một lưới điện
thực tế.
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 lưới
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 toán tính chi phí vận hành và chi phí ngừng
cung cấp điện cho mỗi cấu trúc lưới và áp dụng thuật toán Gravitational Search
Algorithm vào trong hệ thống lưới điện hai nguồn, ba nguồn và một nguồn.
1.4 Hướng giải quyết vấn đề
- Phân tích tổng hợp tài liệu liên quan đến bài toán tái cấu trúc lưới điện.
- Cơ sở liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Sử dụng các phương pháp tính toán 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 Gravitational Search Algorithm – GSA để tìm cấu trúc tối ưu
cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho lưới điện phân phối.
- Sử dụng phần mềm Matlab để tính toán, kiểm tra lưới điện.
1.5 Giá trị thực tiễn của luận văn
- Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm chi phí vận hành và
chi phí ngừng cung cấp điện được chứng minh bằng lý thuyết lẫn kết quả mô hình tính
toán cho thấy một lưới điện có cấu trúc lưới điện đúng sẽ đưa ra cấu hình lưới điện là
tối ưu 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
lưới điện phân phối.
- Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện phân
phối.


5

1.6 Bố cục của luận văn
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TPHCM
CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ VÀ KIỂM TRA THỰC TẾ TRÊN
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THUỘC PHẠM VI QUẢN LÝ CỦA
ĐIỆN LỰC THỦ THIÊM
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT


6

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TPHCM

2.1 Hệ thống điện
Hệ thống điện phân phối là hệ thống bao gồm lưới điện phân phối lấy nguồn từ
các trạm trung gian 110/15/22 kV và các nhà máy điện đấu nối vào lưới 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 phụ thuộc vào nhu cầu
ngày càng tăng của phụ tải. Tùy thuộc vào lĩnh vực nghiên cứu mà hệ thống điện được
chia thành 2 khía cạnh độc lập nhau:
- Về mặt quản lý và vận hành, hệ thống điện được phân bố thành:
+ Các nhà máy phát điện: bao gồm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, địa nhiệt,
tua bin quay nhờ sức gió, dòng thủy triều,… Các nhà máy điện do các công ty phát dẫn
điện quản lý và vận hành.
+ Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp
có cấp điện áp từ cấp điện áp 110kV trở lên làm nhiệm vụ nhận công suất từ các nhà
máy điện phát lên và truyền tải điện đi xa. Lưới truyền tải điện do công ty truyền tải
điện phối hợp cùng các điều độ miền quản lý và vận hành.
+ Lưới điện phân phối là lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp
điện áp từ 35kV trở xuống làm nhiệm vụ phân bố công suất đến từng phụ tải. Lưới điện
phân phối do các công ty Điện lực phân phối phối hợp cùng các điều độ lưới phân phối
quản lý và vận hành.
- Về mặt nghiên cứu, tính toán thì hệ thống điện được phân thành:
+ Lưới truyền tải siêu cao áp (500kV)
+ Lưới truyền tải (110, 220, 330 kV)
+ Lưới khu vực (110, 220 kV)
+ Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV)


7

+ Lưới phân phối hạ áp (0.4 kV và 0.22 kV)
Sơ đồ một hệ thống điện được thể hiện như sau:

Hình 2.1 : Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện mô tả vị trí và nhiệm vụ của lưới điện phân phối
trong hệ thống điện từ khâu phát điện đến trạm biến áp tăng áp để đưa vào lưới điện
truyền tải trước khi đến các trạm biến áp trung gian và phân phối điện đến khách hàng.
Thành phố Hồ Chí Minh nhận điện từ nguồn điện của nhà máy thủy điện Thác
Mơ, Trị An, Đa Nhim, cụm Nhiệt Điện Phú Mỹ và hệ thống 500kV Bắc–Nam thông


8

qua máy biến thế 500/220kV Phú Lâm và Nhà Bè, ngoài ra còn có GasTurbin Thủ Đức
bổ sung thêm công suất cho hệ thống điện Thành phố Hồ Chí Minh.
Hiện nay TPHCM hiện được cung cấp nguồn bởi các trạm nguồn 220/110kV bao
gồm: trạm Cát Lái (1x250MVA), Hóc Môn(3x250MVA), trạm Nhà Bè(2x250MVA),
trạm Phú Lâm (3x250MVA), trạm Tao Đàn 220/110KV(2x250MVA), trạm Thủ Đức
220/110KV(3x250MVA) và trạm Vĩnh Lộc 220/110KV(1x250MVA). Lưới truyền tải
do Tổng Công ty Điện lực TP.HCM bao gồm 0,51 km cáp ngầm 220kV, 575,34 km
đường dây 110kV và 32,71 km cáp ngầm 110kV cung cấp cho 40 trạm trung gian
110kV với tổng dung lượng máy biến thế lắp đặt là 4.516 MVA. Lưới điện phân phối
trên địa bàn TP.HCM bao gồm 5.737,987 km đường dây trung thế, 10.597,819 km
đường dây hạ thế, 23.834 trạm biến thế phân phối với tổng dung lượng là 9.520 MVA
cung cấp cho 1.945.380 khách hàng.

Hình 2.2 : Sơ đồ lưới điện TPHCM năm 2015


9

Hình 2.3 : Sơ đồ lưới điện trung thế của Điện lực An Phú Đông

- Trạm Phú Lâm:
+ Biến đổi điện thế 500/220 kV để truyền tải cho các trạm nút như Hóc Môn, Nhà
Bè, Cai Lậy và chính nó.
+ Biến đổi điện thế 220/110 kV để truyền tải cho các trạm trung gian 110/15 kV .
+ Biến đổi điện thế 110/15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực.
+ Nguồn cung cấp: Trạm Phú Lâm lấy điện chủ yếu từ “Đường dây 500 kV“. Bên
cạnh đó, nguồn đổ ngược từ Nam ra Bắc hay khi có sự cố trên “Đường dây 500 kV“ nó
có thể lấy điện từ NMĐ Trị An–Hóc Môn–Phú Lâm hay NMĐ Phú Mỹ 1,2–Nhà Bè–
Phú Lâm..
+ Máy Biến Thế (MBT):
1T – 3x150 MVA – 500/225/35 kV
2T – 3x150 MVA – 500/225/35 kV
3T – 250 MVA – 225 8x1.25%/121/23 kV
4T – 250 MVA – 225 8x1.25%/121/23 kV
7T – 250 MVA – 225 8x1.25%/121/23 kV


10

5T – 40 MVA – 115 9x1,78%/15,75/11 kV
6T – 63 MVA – 115 9x1,78%/15,75/11 kV
9T – 20 MVA
10T – 63 MVA
+ Tụ Bù: Trạm Phú Lâm có hai giàn tụ bù 50 MVAr cấp điện thế 35 kV dùng để
bù phần công suất phản kháng trên đường dây 500kV.
- Trạm Hóc Môn:
+ Biến đổi điện thế 220/110 kV để phân phối cho các trạm trung gian 110/15 kV.
+ Biến đổi điện thế 110/15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực.
+ Nguồn cung cấp: Trạm Hóc Môn lấy điện chủ yếu từ NMĐ Trị An và “ Đường
dây 500 kV “–Phú Lâm–Hóc Môn, liên kết với trạm Thủ Đức qua đường dây 220KV

Thủ Đức – Hóc Môn.
+ Máy Biến Thế (MBT):
1T – 250 MVA – 230/121  5x2%/10,5 kV
2T – 250 MVA – 230/121  5x2%/10,5 kV
5T – 63 MVA – 1159x1,78%/23-15,75/11 kV
6T – 63 MVA – 115 9x1,78%/23-15,75/11 kV
8T – 63 MVA – 115 9x1,78%/23-15,75/11 kV
9T – 250MVA – 230/121  5x2%/10,5 kV
+ Tụ Bù: Trạm Hóc Môn chỉ có 1 giàn tụ bù 50MVAr cấp điện thế 110 kV
+ Các phát tuyến 220 kV thuộc lưới điện TPHCM: Thanh cái TC29 & TC21 &
TC22
Hóc Môn 1 – Trị An

272

Hóc Môn 2 – Trị An

273

Hóc Môn – Phú Lâm 1

271

Hóc Môn – Phú Lâm 2

276