PHÂN TÍCH và đề XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH vụ VIỄN THÔNG DI ĐỘNG tại CHI NHÁNH VIETTEL hòa BÌNH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN MINH THANH

PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VIỄN THÔNG DI ĐỘNG
TẠI CHI NHÁNH VIETTEL HÒA BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
QUẢN TRỊ KINH DOANH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. NGUYỄN ÁI ĐOÀN

Hà Nội: 2014


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi nghiên cứu, tính
toán và phân tích.
Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính toán trung thực của tôi,
không sao chép của ai hay số liệu đã được công bố.
Nếu sai với lời cam kết trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả

Nguyễn Quang Huy

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN................................................................................................ 2
MỤC LỤC............................................................................................................ 3
CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU.........................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.............................................................................6
CHƯƠNG MỞ ĐẦU...........................................................................................8
Chương 1............................................................................................................10
XÁC ĐỊNH CÁC THUẬT TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT.....................10
1.1.Sự cần thiết phải bù công suất phản kháng...................................................10
1.2. Các thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng [2].....................................11
1.2.1.Thuật toán cải tiến giải phẫu toán tối ưu hóa CSPK...............................12
1.2.2.Thuật toán tối ưu cải tiến với bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu..................13
1.2.3.Thuật toán SWARM tối ưu hóa CSPK....................................................15
1.2.4.Thuật toán xác định vị trí nút bù CSPK:.................................................16
1.2.5.Thuật toán điều khiển dung lượng bù theo đường phụ tải........................18
1.3.Kết luận chương 1............................................................................................19
ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BÙ.............................................21
2.1.Xác định dung lượng bù CSPK để nâng cao hệ số công suất cosφ [1].........21
2.2.Tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất [1]......................21
2.2.1.Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia..........................................21
2.2.2.Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh...................................24
2.3.Bù công suất phản kháng theo điều kiện điều chỉnh điện áp [1]..................24
2.3.1. Xác định dung lượng bù CSPK khi đặt thiết bị bù tại 1 trạm..................24
2.3.2.Xác định dung lượng bù CSPK khi đặt thiết bị bù tại nhiều trạm...........29
2.4.Lựa chọn dung lượng bù theo quan điểm kinh tế [11]..................................32
2.5.Kết luận chương 2............................................................................................37
ÁP DỤNG TÍNH TOÁN BÙ CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP CÔNG TY

ĐIỆN LỰC SÓC SƠN- TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC HÀ NỘI.................38
3.1.Đặc điểm tự nhiên và kinh tế - xã hội của địa phương..................................38
3.1.1.Đặc điểm tự nhiên và kinh tế.................................................................38
3.1.2.Dân số và cơ cấu hành chính.................................................................38
3


3.2.Tình hình cung cấp điện hiện tại và xu hướng tăng trưởng trong những
năm tới...........................................................................................................40
3.3.Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế lộ đường dây 478-E19.............................42
3.4.Các số liệu tính toán........................................................................................46
3.5.Kết quả tính toán.............................................................................................50
3.5.1.Khi chưa đặt bù............................................................................................50
3.5.2.Khi đặt bù......................................................................................................54
3.6.Kết luận chương 3............................................................................................59

Chương 4............................................................................................................60
KIỂM NGHIỆM KẾT QUẢ TÍNH TOÁN BÙ CHO LỘ 478-E19 BẰNG
PHẦN MỀM PSS/ADEPT................................................................................60
Chương 5............................................................................................................78
KẾT LUẬN VÀ CÁC ĐỀ XUẤT.....................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................80
PHỤ LỤC...........................................................................................................81

4


CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
CĐXL:

Chế độ xác lập

CSPK:

Công suất phản kháng

CSTD:

Công suất tác dụng

HTĐ:

Hệ thống điện

MBA:

Máy biến áp

LPP:

Lưới phân phối

SVC:

(Static Var Compensator) Thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ CSPK
có thể điều chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor.

EVN:

Tập đoàn Điện lực Việt Nam

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1: Số đường dây do điện lực quản lý
Bảng 3.2. Số liệu máy biến áp lộ 478-E19
Bảng 3.3. Số liệu đường dây lộ 478-E19
Bảng 3.4: Số liệu phụ tải các trạm lộ 478-E19
Bảng 3.5: Bảng tính toán dòng công suất trên lưới
Bảng 3.6: Bảng tính toán tổn thất lộ 478- E19 khi chưa đặt bù
Bảng 3.7: Dung lượng tụ bù theo chỉ tiêu kinh tế tại các nút trên lưới
Bảng 3.8: Bảng tính toán tổn thất lộ 478-E19 khi đặt bù
Bảng 3.9: Bảng so sánh kết quả khi đặt bù
Bảng 4.1. Bảng giá trị suất đầu tư tụ bù trung áp cố định
Bảng 4.2.Giá trị cài đặt cho thẻ Economics
Bảng 4.3. Vị trí và dung lượng bù ở lưới trung áp theo phần mềm PSS/Adept
Bảng 4.4: So sánh kết quả tại một số nút trong các trường hợp
Bảng 4.5: So sánh kết quả trong các trường hợp đặt bù
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Thuật toán xác định vị trí nút bù CSPK
Hình 1.2: Phụ tải tăng giữ nguyên cosϕ
Hình 1.3: Quan hệ giữa δP, P, Q
Hình 2.1: Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia
Hình 2.2: Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh
Hình 2.3: Sơ đồ mạng điện dùng máy bù đồng bộ để điều chỉnh điện áp
Hình 2-4: Sơ đồ mạng điện có phân nhánh
Hình 2.5: Sơ đồ mạng điện kín
Hình 2.6: Mạng điện có đặt bù tụ điện tại hai trạm biến áp Tb và Tc
Hình 2.7: Điều chỉnh điện áp trong mạng điện kín bằng tụ điện

Hình 2.8: Bù tại nút phụ tải
Hình 2.9: Đồ thị phụ tải phản kháng năm

6


Hình 2.10: Sơ đồ tính toán dung lượng bù tại nhiều điểm.
Hình 3.1: Bản đồ huyện Sóc Sơn
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý đường dây lộ 478 – E19
Hình 3.3: Sơ đồ thay thế đường dây lộ 478 – E19
Hình 4.1: Sơ đồ khối tính toán của chương trình
Hình 4.2: Hộp thoại thiết đặt thông số kinh tế trong CAPO
Hình 4.3: Hộp thoại thiết đặt thông số trong CAPO
Hình 4.4: Kết quả tính toán CAPO
Hình 4.5: Mô tả sơ đồ lộ 478-E19 Sóc Sơn trên phần mềm PSS/adept

7


CHƯƠNG MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây việc cung ứng và đảm bảo chất lượng điện năng là

một chỉ tiêu rất quan trọng của ngành điện nhằm nâng cao chất lượng cung cấp điện
và đảm bảo tốt hiệu quả trong kinh doanh. Một trong các biện pháp nâng cao chất
lượng điện năng trên lưới điện, ngành điện thực hiện nhiều giải pháp đồng bộ trong
đó giải pháp bù trên lưới phân phối được sử dụng nhiều nhất và mang lại hiệu quả
kinh tế cao.Có nhiều phương pháp nghiên cứu đã và đang được thực hiện và mỗi

phương pháp nghiên cứu chúng ta đều đưa ra được các thuật toán riêng cho phương
pháp đó. Tuy nhiên ở mỗi phương pháp nghiên cứu và áp dụng đều có những ưu
nhược điểm nhất định. Vì vậy trong khuôn khổ của luận văn tác giả đi nghiên cứu
một số thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng và đánh giá những ưu nhược điểm
của từng thuật toán đó, nhằm chọn ra được thuật toán thích hợp. Trên cơ sở đó dùng
phần mềm đã được áp dụng để tính toán bù tối ưu cho một lưới phân phối cụ thể, để
chứng minh cho nghiên cứu của mình. Làm cơ sở cho hướng nghiên cứu cho các đề
tài tiếp theo.
2.

Tên đề tài: Nghiên cứu và đánh giá các thuật toán bù tối ưu công suất

3.

phản kháng
Tóm tắt nội dung luận văn
Chương 1. Xác định các thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng.
Chương 2. Đánh giá lựa chọn phương pháp bù.
Chương 3. Áp dụng tính toán bù cho lưới điện trung áp Công ty Điện lực
Sóc Sơn – Tổng Công ty Điện lực Hà Nội.
Chương 4. Kiểm nghiệm kết quả tính toán bù cho lộ 478-E19 bằng phần mêm
PSS/Adept.

4.

Mục đích của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu

8

Đề tài “ Nghiên cứu và đánh giá các thuật toán bù tối ưu công suất phản
kháng” trình bày các thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng trong lưới điện phân
phối.
Đề tài tiến hành nghiên cứu một số thuật toán của các tác giả đã được đăng
trên các tạp chí và luận văn đã hoàn thành trước. Trên cơ sở đó đánh giá được các
ưu nhược điểm của thuật toán.
Áp dụng mô phỏng một lưới điện cụ thể bằng phần mềm PSS/Adept 5.0 ứng
dụng cho lưới điện phân phối của công ty Điện lực Sóc Sơn – tổng công ty Điện lực
Hà Nội.
5.

Các phương pháp luận cơ bản và đóng góp mới
Với mục đích như trên nội dung cơ bản của luận văn bao gồm:
•
•
•
•

Tìm hiểu các thuật toán bù tối ưu CSPK
Đánh giá lựa chọn phương pháp thích hợp
Áp dụng vào lưới điện phân phối của công ty Điện lực Sóc Sơn
Sử dụng phần mềm PSS/Adept 5.0 áp dụng

Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy
giáo TS. Lê Việt Tiến cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện –
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suốt quá
trình làm luận văn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi và có những đóng góp quý báu cho bản luận văn.
Để bản luận văn trở nên hoàn chỉnh và hướng nghiên cứu trong bản luận văn

được phát triển tiếp, tác giả rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo, bạn
bè và bạn đọc.
Xin trân trọng cảm ơn!

9


Chương 1
XÁC ĐỊNH CÁC THUẬT TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT
1.1.

Sự cần thiết phải bù công suất phản kháng
Đối với lưới điện công suất phản kháng có vai trò hết sức quan trọng:
Công suất phản kháng đặc trưng cho quá trình tích và phóng năng lượng giữa

nguồn điện và phụ tải. Công suất phản kháng tạo ra từ trường để từ hóa lõi thép của
các loại máy điện: như máy biến áp,động cơ điện, gây ra biến đổi từ thông để tạo ra
suất điện động phía thứ cấp, CSPK đặc trưng cho khâu tổn thất từ tản,vì vậy CSPK
hết sức cần thiết trong việc duy trì điện áp, khi lượng CSPK trong hệ thống bị thiếu
hụt chất lượng điện áp giảm xuống dưới mức tiêu chuẩn, ánh hưởng đến sự làm việc
bình thường của các thiết bị tiêu thụ điện.Vì vậy bù CSPK sẽ mang lại các hiệu quả
sau:
1.1.1. Bù CSPK sẽ làm giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng
Từ công thức tính tổn thất công suất [1]:

(1.1)
Ta thấy tổn thất công suât tác dụng tỷ lệ thuận với bình phương công suất
phản kháng truyền tải. Sau khi bù thì lượng CSPK thực tế phải truyền tải là ( Q - Q b
) < Q do đó ∆P (sau bù) < ∆P.
1.1.2. Bù công suất làm cải thiện chất lượng điện áp

Ta biết [1]:

(1.2)
Ta thấy thành phần tổn thất ∆Ux tỷ lệ thuận với công suất phản kháng, khi
giảm tổn thất điện áp vì vậy điện áp sẽ được nâng lên.
1.1.3. Bù CSPK làm tiết diện dây dẫn giảm [1]
Công suất truyền tải trên đường dây theo biểu thức:

10


(1.3)
Khi bù một lượng công suất phản kháng là Qb thì biểu thức (1.3) trở thành:
(1.4)
Nhìn vảo biểu thức trên ta thấy S giảm đi nghĩa là công suất toàn phần giảm
đi, vì vậy mà chọn tiết diện dây dẫn theo công suất tải nhỏ đi – tiết kiệm được một
lượng kim loại màu đáng kể và dễ thi công, lắp đặt đường dây.
1.1.4. Bù công suất phản kháng làm giảm công suất đặt của MBA
Khi lắp bù ở phụ tải công suất biểu kiến chuyên trở qua MBA sẽ giảm xuống,
đến một mức độ nào đó làm cho ta có thể chọn công suất của MBA bé đi, dẫn đến
hiệu quả kinh tế mang lại rất đáng kể. Có thể giảm được tỉ lệ MBA vận hành non tải
tăng hệ số cosϕ.
1.1.5. Bù công suất phản kháng làm tăng khả năng tải cho mạng điện
Do nhu cầu dùng điện ngày càng tăng nên công suất truyền tải trên lưới điện
liên tục tăng khi ta đặt thiết bị bù thì sẽ giảm được lượng CSPK trên đường dây, làm
cho công suất tác dụng chuyên trở trên đường dây tăng lên.

1.2.

Các thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng [2]

Qua nghiên cứu ở các tài liệu, tạp chí khoa học, và các luận văn tốt nghiệp đã

được công bố tác giả tìm ra được một số thuật toán bù tối ưu công suất phản kháng.
Sau đây tác giả trình bày các phương pháp bù, thuật toán của từng phương pháp đó.
Tối ưu hóa CSPK là quá trình cải thiện chất lượng điện áp, cực tiểu hóa tổn thất
công suất tác dụng, và tìm vị trí tối ưu dưới các điều kiện vận hành khác nhau của
hệ thống. Trong những thập kỉ gần đây, người ta tiến hành phát triển những nghiên
cứu xung quanh vấn đề tối ưu hóa CSPK.
Phần lớn các phương pháp cơ bản sử dụng trong nghiên cứu bài toán tối ưu hóa
CSPK được dựa trên bài toán qui hoạch tuyến tính và qui hoạch phi tuyến. Trong
một số bài toán đơn giản có thể sử dụng bài toán cực tiểu địa phương. Gần đây các
phương pháp mới được nghiên cứu như các thuật toán di truyền ( Genetic GAS) và

11


chương trình phát triển ( Ellolytionary Programmiry - EP) EP và GAS là 2 phương
pháp tốt trong nghiên cứu tối ưu toàn cục tuy nhiên thời gian tính toán lâu khi sử
dụng EP và GAS chính là nhược điểm làm hạn chế ứng dụng của 2 phương pháp
này trong HTĐ, nhất là đối với các hệ thống vận hành thời gian thực. Để đưa ra
đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp tính toán và thuật toán của nó. Tác
giả sử dụng các thuật toán đã được trình bày của phần tài liệu tham khảo qua các
tạp chí, các luận văn đã được hoàn thành và được công bố làm cơ sở cho cứu cho
nghiên cứu tiếp theo của tác giả.

1.2.1. Thuật toán cải tiến giải phẫu toán tối ưu hóa CSPK
Mô hình toán học:
Khái niệm hệ số dự trữ điện áp ..được khái quát như sau:

(1.5)

Trong đó VCT là công suất tối hạn ở nút tải
Vio là giá trị tối hạn của điện áp nút tải i
Từ công thức trên ta có thể hiểu rằng có thể đảm bảo điện áp thông qua cực
tiểu các hế số dự trữ điện áp tại các nút và của toàn hệ thống:
Kmax=max{Klv}; i=1,….,N
Trong đó N là tổng số thanh cái trong hệ thống
Vậy tối thiểu Kmax là tìm: min F1 = min Kmax
Mục tiêu tối ưu hóa CSPK chính là nhằm giảm thiểu lượng công suất tổn thất
do đó:
Min F2 = min PL
Trong bài toán tối ưu CSPK vấn đề có thể được mô phỏng qua các thuật toán
tối ưu phi tuyến như sau:
Minimize[F1, F2]
Với các ràng buộc:
G(x,y)=0
H(x,y)=0

12


Trong đó: x: véc tơ các biến phụ thuộc của các nút tải điện áp Vc, nút bù
CSPK

với đường dây truyển tải X có thể biểu diễn:
(1.6)
Trong đó U: véc tơ điều khiển biến bao gồm điều khiển điện áp máy phát

đầu phân áp tại các MBA có điều áp dưới tải T và các bộ bù CSPK Qc, do đó U có
thể được biểu diễn dưới dạng:
(1.7)

g: hàm mục tiêu
h: các hàm giới hạn

1.2.2. Thuật toán tối ưu cải tiến với bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu
Nhìn chung với hai mục tiêu, tối thiểu lượng tổn hao và hệ số ổn định điện áp
thường khó ước đoán và có thể xung đột giữa các mục tiêu với nhiều mục tiêu tối
ưu, các biểu thức ràng buộc để giải bài toán là nhiều hơn, thay vì chỉ một phương
pháp giải bài toán tối ưu, lý do khó khăn của bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu là
không ai có thể cân nhắc biến nào là tốt hơn so với các biến kì vọng trong tất cả các
ràng buộc. Những phương pháp giải bài toán tối ưu được biết dưới dạng ParetoOptimal. Vấn đề chung của bài toán tối ưu đa mục tiêu là tồn tại biến ràng buộc tối
ưu cùng một lúc và cùng với số lượng các ràng buộc đằng thức và bất đẳng thức
Bài toán này có thể được biểu diễn dưới dạng:
Minimizefi(x) = 1,….,Nobi(1)
Với các ràng buộc
Gj(x,u) = 0 j=1,…,m
Hk(x,u) ≤ 0 k=1,…,k
Trong đó fi tương ứng với các dạng đẳng thức thứ j
x: véc tơ dịch chuyển
Nobi: số lượng hàm mục tiêu
Đối với dạng bài toán này, với bất kì 2 hàm mục tiêu X 1 và X2 đều sẽ xảy ra một
trong hai khả năng sau: một hàm mục tiêu vượt hẳn so với hàm còn lại hoặc cả hai

13


mục tiêu tương đương - không hàm mục tiêu nào trội hơn. Trong trường hợp đơn
giản, không mất tính tổng quát, giải thiết X 1 trội hơnX2 nếu 2 điều kiện sau thỏa
mãn:
∀i ∈{ 1, 2, …, Nobi } : (X1) ≤ fi(X2)
∋ { 1, 2, …, Nobi } : fi(X1) ≤ fi(X2)

Nếu bất kì điều kiện nào không thỏa mãn thì X 1 không được coi là trội hơn
X2. Phương pháp giải không trội hơn trong toàn bộ miền ràng buộc được kí hiệu là
Pareto. Tối ưu và tiếp tục là thiết lập Pareto- tối ưu hay Pareto – tối ưu đầu. Có một
số khó khăn trong phươg pháp cổ điển để giải bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu:
-

Một thuật toán đã được sử dụng nhiều lần để tìm cách giải tối ưu đa mục
tiêu Pareto.

-

Phần lớn các yêu cầu để giải bài toán này vẫn còn đang nghiên cứu

-

Một số thuật toán rất nhạy cảm với các dạng Pareto-tối ưu đầu

-

Hiệu quả giải pháp Pareto- tối ưu phụ thuộc vào các hàm tối ưu đầu

Như chúng ta đã phân tích AHP có thể sử dụng để giải bài toán tối ưu đa
mục tiêu. Trong phần này chúng ta đề cập đến phương pháp khác, sử dụng thuật
toán Pareto cải tiến ( Strength Pareto evolutionary algoithon- SPEA). SPE có một số
đặc điểm:
- Nó lưu trữ bên ngoài các thành phần tương đương trong số các thuật toán
được cân nhắc.
- Nó sử dụng các khái niệm về sự thống trị Pareto nhằm phân công vô
hướng các giá trị tới từng thành phần.
Thực hiện phân nhóm để giảm các thành phần bên ngoài lưu trữ mà không

làm thay đổi đặc tính thông thường thuật toán này được tiến hành theo các bước
sau:
Bước 1( khởi tạo): tạo các giá trị đầu và tập rỗng lưu trữ ngoài Pareto- tối ưu.
Bước 2: cập nhật các giá trị bên ngoài: Pareto tối ưu ngoài được cập nhật qua
các bước:
a- tìm kiếm các thành phần tương đương và sao chép thiết lập tới Pareto mở
rộng.

14


b- tìm kiếm thiết lập bên ngoài Pareto đối với các thành phần tương đương và
loại bỏ tất cả các giải pháp từ bộ này
c- nếu số lượng các thành phần tương đương lưu trữ quá nhiều cần giảm
chúng thông qua các
Bước 3 ( phân công phù hợp): tính toàn các giá trị phù hợp của các thành
phần đang thiết lập Pareto tối ưu và các ràng buộc theo các bước sau: Chỉ định một
giá trị thực tế trong đoạn [0;1] tỉ lệ thuận với các thành phần sự phù hợp của các
thành phần tạo nên sức mạnh tổng thể của phương pháp Pareto. Đảm bảo phương
pháp này chỉ thêm 1 số dương nhỏ vào giá trị kết quả.
Bước 4 ( lựa chọn) lựa chọn 2 thành phần ngẫu nhiên và so sánh các giá trị
phù hợp lựa chọn giá trị tối ưu và sao chép.
Bước 5 ( chia cắt và biến đổi) : thực hiện chia cắt và biến đổi để tạo ra các
biến mới.
Bước 6 (kết thúc): kiểm tra các tiêu chí: nếu bất kì tiêu chí nào được thỏa
mãn thì dừng lại, còn lại thì sao chép và quay lại bước 2.

1.2.3. Thuật toán SWARM tối ưu hóa CSPK
Với 2 mục tiêu giảm tổn thất và ổn định điện áp, bài toán tối ưu hóa CSPK
như sau:

Min F1 = ∑(Vi – Vi0)2

i∈ND

Min F2 = PL (QS, VG, T)
Trong đó

là giá trị điện áp trên thanh cái phụ tải ở trạng thái bình thường.

Trong phần trước chúng ta đã thấy những hạn chế của thuật toán tối ưu CSPK.
Ta có: Tốc độ và tọa độ của PSO cho bởi:
(1.8)
i=1,…,

(1.9)

Trong đó:
W: trọng số lặp
C1, C2: hệ số gia tốc

15


ND: số lượng các biến tối ưu
Npar: số lượng các phần tử SWARM
R1, R2: hai hệ số phân chia ngẫu nhiên nằm trong đoạn [0,1]
Trong số vận tốc của hạt được xác định bởi trọng số của các phương pháp
tiếp cận.
(1.10)
Trong đó:

tmax là giá trị lớn nhất của hệ số lặp và t là giá trị hiện tại
Wmax, Wmin là giới hạn trên và giới hạn dưới của trọng số lặp ở đây chúng ta
sử dụng PSO cái tiến để giải bài toán tối ưu hóa CSPK, phương pháp này chia thành
phần thực của PSO cổ điển thành 2 thành phần khác nhau. Thành phần đầu tiên
chính là các giá trị cũ tối ưu được ghi lại. Thành phần thứ 2 là các giá trị không tối
ưu được lưu lại. Điều này cho phép thiết lập mô hình mới của PSO như sau:

(1.11)
Trong đó:
C1g: hệ số tăng tốc tới vị trí tối ưu
C2b: hệ số tăng tốc
PWi: giá trị xấu của các phần tử, tại đó các hạt tăng tốc đi từ vị trí xấu nhất
Vị trí được cập nhật qua biểu thức trên bao gồm các thành phần không tối ưu
bổ sung nhằm gia tăng khả năng của SWARM. Với việc sử dụng các vị trí không
tối ưu các thành phần sẽ chuyển từ vị trí không tối ưu sang vị trí mới tốt hơn.

1.2.4. Thuật toán xác định vị trí nút bù CSPK:
Sơ đồ thuật toán trình bày trên hình 1.1
Bước 1: Tính suất giảm chỉ tiêu tổn thất ∂∆C/∂Qb cho mọi nút, thực chất tính
đạo hàm riêng với mọi nút, trị số Q bj lấy bằng tổng các dung lượng đặt thêm cho
đến bước đang xét( bước đầu tiên Q bj = 0). Tìm nút có công suất giảm chi phí tổn
thất lớn nhất (chẳng hạn nhận được nút k)

16


Bước 2: Tính thời gian thu hồi vốn đầu tư tương ứng với lượng công suất đặt
thêm vào nút k:

(1.11)

Trong đó: Ko là suất vốn đầu tư cho một đơn vị công suất bù đặt thêm, còn
∂C/∂Qbk vừa xác định được theo (4), so sánh T với thời gian thu hồi vốn đã cho T th.
Nếu T < Tth thì tiếp tục thực hiện bước 3, ngước lại quá trình tính kết thúc, in trạng
thái dung lượng bù các nút.
Bước 3: Tăng thêm dung lượng bù cho nút k, lượng công suất phản kháng đặt
thêm là ∆Qb. Tại số ∆Qb cần đủ nhỏ để ảnh hưởng làm giảm hiệu quả bù các nút
khác không lớn, ví dụ lấy ∆Qb = (5,10) , quay trở lại bước 1. Do quá trình dung
lượng bù các nút tăng trị số ∂∆C/∂Qb giảm dần nên thời gian thu hồi vốn T tăng
nhanh. Quá trình tính
kết thúc sau một số hữu hạn bước lặp.
Vàotoán
số liệu

Tính ∂∆C/∂Qbj theo (4)
i=1,2,…,N
Tính ∂C/∂Qbk = max

Thay đổi
Qbk = Qbk + ∆Qb

(∂∆C/∂Qbj)

T=k0/∂C/∂Qbk

T < Tik

Tính dung lượng bù các nút
Qbj =1,2,..,N
17

In kết quả


1.2.5. Thuật toán điều
khiển
bùđịnh
theovịđường
tải
Hình
1.1: dung
Thuậtlượng
toán xác
trí nútphụ
bù CSPK.
Trước hết ta xét lại biểu thức xác định tổn thất công suất trên một nhánh có
điện trở R và điện kháng X trong phần trước. Để đơn giản ta giả thiết phụ tải biến
thiên(tăng dần) nhưng giữ nguyên

. Sơ đồ thể hiện ở hình 1.2.

P + j( Q - Qb )

1

2
-jQb
P + jQ

Hình 1.2: Phụ tải tăng giữ nguyên

Chênh lệch tổn thất trước và sau bù có thể tính được:

(1.12)
Hàm lợi nhuận

do giảm tổn thất:

(1.13)
Thay thế Q= S*sin

ta có quan hệ phụ thuộc giữa độ giảm tổn thất công suất

với công suất phụ tải và dung lượng bù:

(1.14)

S
18
Hình 1.3: Quan hệ giữa , P, Q


Ta thấy nếu S cố định SP thay đổi theo bậc 2 với Q bù còn nếu Q bù không
đổi thì SP thay đổi tỉ lệ bậc nhất theo S. Như vậy nếu thiết bị bù vận hành ở các nấc
bù khác nhau khi phụ tải S tăng SP thay đổi tuyến tính theo những đường thẳng
khác nhau. Hình 1.3 minh họa điều này.
- Khi Qb = 0 thì SP = 0 ( với mọi S đều không có tác động nào làm giảm tổn
thất)
- Với các nấc bù tăng dần 0 < Q b1 < Qb2 < Qb3 <… ta có các đường thẳng
SP1,SP2,SP3,…tương ứng.
- Từ hình vẽ có thể nhận thấy các điểm giới hạn công suất phụ tải phải thay

đổi nấc bù nếu muốn có được hiệu quả bù tối ưu.
- Khi S < S3: không có nấc bù nào đem lại hiệu quả giảm tổn thất. Cần cắt nấc
bù nếu muốn có được hiệu quả bù tối ưu.
- Trong giới hạn S1 < S < S2: nấc bù tương ứng với Qb1 có hiệu quả cao nhất.
Nếu đặt ở nấc Qb3 tổn thất luôn bị tăng cao hơn không bù.
- Với S1 < S < S3: nấc bù 2 hiệu quả nhất. Các nấc còn lại hoặc là giảm tổn thất
ít hơn hoặc làm tăng tổn thất.
- Khi phụ tải tăng cao S > S 3thì nấc bù với dung lượng lớn nhất

Qb3

mang lại

hiệu quả rất cao.
- Rõ ràng nếu có hệ thống đo được cùng tải (tỉ lệ với S) thì luôn luôn có thể
điều khiển đảm bảo được hiệu quả cao nhất (giảm tổn thất được nhiều nhất)
1.3.

Kết luận chương 1
Qua nghiên cứu về các thuật toán bù tác giả đánh giá mỗi thuật toán có

những ưu điểm và nhược điểm nhất định. Trong khuôn khổ của đề tài tác giả nghiên
cứu và áp dụng vào bù cho lưới điện phân phối

19


Trong các thuật toán vừa trình bày ở phần trên tác giả nhận thấy thuật toán
chọn vị trí nút bù có những ưu điểm đó là thuật toán đơn giản, các bước lặp ngắn
gọn, dễ thực hiện xuất kết quả chính xác. Vì vậy trong khuôn khổ luận văn tác giả

dùng thuật toán này áp dụng nghiên cứu cho đề tài của mình.
Tổn thất điện năng trong LĐPP chiếm tỉ lệ lớn trong hệ thống. Vì vậy cần
phải có các biện pháp bù tối ưu để giảm được tổn thất điện năng tới mức nhỏ nhất
có thể.

20


Chương 2
ĐÁNH GIÁ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BÙ

Để giải bài toán bù CSPK trong lưới điện, hiện nay đã có hàng loạt phương
pháp được đề cập. Tuy nhiên do cách đặt vấn đề, mục tiêu đặt ra và các quan điểm
khác nhau về các yếu tố ảnh hưởng đến lời giải bài toán như sự biến thiên theo thời
gian của phụ tải, về kết cấu hình dáng lưới điện, về điện áp lưới điện, về tính chất
các loại thiết bị bù nên các phương pháp và thuật toán giải bài toán bù CSPK trong
lưới điện đều có dạng và hiệu quả khác nhau. Sau đây trình bày một số phương
pháp tính toán bù CSPK cho lưới phân phối.
2.1. Xác định dung lượng bù CSPK để nâng cao hệ số công suất cosφ [1]
Giả sử hộ tiêu thụ điện có hệ số công suất là cosϕ1, muốn nâng hệ số công suất
này lên cosϕ2 (cosϕ2 > cos cosϕ1), thì phải đặt dung lượng bù là bao nhiêu? Với
dạng bài toán này thì dung lượng bù được xác định theo công thức sau:
Qbu = P(tg cosϕ1 - tgϕ2)α kVAr

(2.1)

Trong đó: P – phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ điện, kW;
α = 0,9 ÷ 1 – hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng những
phương pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù.
Hệ số công suất cosϕ2 nói ở trên thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan

quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiêu thụ phải đạt được, thường nằm
trong khoảng cosϕ = 0,8 – 0,95.
2.2.

Tính bù CSPK theo điều kiện cực tiểu tổn thất công suất [1]

2.2.1. Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia
Bài toán đặt ra là trong một mạng hình tia có n nhánh, tổng dung lượng bù là Qbu,
hãy phân phối dung lượng bù trên các nhánh sao cho tổn thất CSTD do CSPK

21


gây ra là nhỏ nhất để hiệu quả bù đạt được lớn nhất. Giả sử dung lượng bù được
phân phối trên các nhánh là Q bu1, Qbu 2…Qbu n. Phụ tải phản kháng và điện trở của các
nhánh lần lượt là Q1, Q2 …Qn và r1, r2…rn (hình 2-1).

Q
Qbu

r1

r2

rn

Q1

Q2

Qn

Qbu 1

Qbu 2

Qbu n

Hình 2-1: Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia
Tổn thất công suất tác dụng do CSPK gây ra được tính theo biểu thức sau:
ΔP =

( Q1 - Q bu 1 )

2

U2

r1 +

( Q 2 - Qbu 2 )
U2

2

r2

(Q -Q )
+ . . . + n bu n
U2

2

rn

= f(Qbu 1,Qbu 2,…,Qbu n)
Với điều kiện ràng buộc về cân bằng công suất bù là
φ(Qbu 1, Qbu 2…Qbu n) = Qbu 1 + Qbu 2 +…+ Qbu n - Qbu = 0

(2.2)

Để tìm cực tiểu của hàm ∆P = f(Q bu 1,Qbu 2,…,Qbu n) chúng ta có thể dùng
phương pháp nhân tử Lagrangie.
Chọn nhân tử λ bằng λ =

2L
U2

(2.3)

Trong đó L – là hằng số sẽ được xác định sau.
Theo phương pháp nhân tử Lagrangie, điều kiện để ∆P có cực tiểu là các đạo
hàm riêng của hàm:
F = f(Qbu 1,Qbu 2,…,Qbu n) +λϕ(Qbu1, Qbu 2…Qbu n)
Đều triệt tiêu. Do đó, ta có hệ phương trình sau:

22

(2.4)

2(Q1 - Qbu 1 )
2L
 ∂F
r1 + 2 = 0
2
 Q =U
U
 bu 1
 ∂F
2(Q 2 - Qbu 2 )
2L
=r2 + 2 = 0

2
U
U
 Q bu 2
− − − − − − − − − − − − − − − − − −

2(Q n - Q bu n )
2L
 ∂F
rn + 2 = 0
2
Q = U
U
 bu n

(2.5)

Giải hệ phương trình (2.5) chúng ta có
-1

1
1
1
+...+ ÷
L = [(Q1,Q2,…,Qn) - (Qbù 1,Qbù 2,…,Qbù n)].  +
r2
rn 
 r1

(2.6)

n

Đặt

∑Q

i

= Q – Tổng phụ tải phản kháng của mạng

i=1
n

∑Q

bu i

= Qbù – Tổng dung lượng bù của mạng

i=1

-1

1
1
1
R td =  +
+...+ ÷
r2
rn 
 r1

– Điện trở tương đương của những nhánh có đặt thiết

bị bù của mạng.
Vậy có thể viết:

L = (Q - Qbù)Rtd.

(2.7)

Thay L vào hệ phương trình (2.5), chúng ta tìm được dung lượng bù tối ưu của
các nhánh là:
(Q - Q bu )


R td
 Qbu 1 = Q1 r1


(Q - Q bu )
R td
Q bu 2 = Q 2 r2

-----------------
(Q - Q bu )

R td
Q bu n = Q n rn


(2.8)

Để thuận tiện trong vận hành và giảm bớt các thiết bị đóng cắt, đo lường cho
các nhóm tụ, người ta quy định rằng nếu dung lượng bù tối ưu của một nhánh nào
đó nhỏ hơn 30 kVAr thì không nên đặt tụ điện ở nhánh đó nữa mà nên phân phối
dung lượng bù đó sang các nhánh lân cận.

23


2.2.2. Phân phối dung lượng bù trong mạng phân nhánh
Một mạng phân nhánh như ở hình 2-2 có thể coi là do nhiều hình tia ghép lại.
Ví dụ 2: tại điểm 3 chúng ta có thể coi như có hai nhánh hình tia r 3 và r4; tại điểm 2
ta coi như có hai nhánh hình tia, một nhánh r 2 và một nhánh nữa có điện trở tương
đương của phần phía sau. Nếu quan niệm như vậy chúng ta có thể áp dụng công

thức (2.8) để tính cho trường hợp mạng phân nhánh. Dung lượng bù của nhánh thứ
n được tính theo công thức sau:

Q bu n = Qn Q
Qbù
Q01

Q12

1

(Q(n-1),n - Q bu dat n )R tdn

Q23
r23

2

r12

r01
r

(2.9)

rn

r

Q34

3

4

r34
r

r

2
3 mạng phân4 nhánh
Hình 2-2: Phân1phối dung lượng
bù trong

Trong đó: Qn – phụ
Q2 của nhánh
Q1tải phản kháng
Q4 – phụ tải phản
Q3 thứ n; Q (n-1)n
kháng chạy trên đoạn từ điểm (n-1) tới điểm n; Q bu dat n- dung lượng bù đặt tại điểm
n; Rtdn- điện trở tương đương của mạng kể từ điểm n trở về sau.
2.3.

Bù công suất phản kháng theo điều kiện điều chỉnh điện áp [1]

2.3.1. Xác định dung lượng bù CSPK khi đặt thiết bị bù tại 1 trạm
Giả thiết có một đường dây cung cấp điện như hình 2-3, có phụ tải tính toán là
Sb tại điểm b. Giả thiết rằng với điện áp U A ở đầu đường dây, điện áp U b nhận được
ở cuối đường dây không thỏa mãn yêu cầu của phụ tải và cần thay đổi đến trị số yêu

cầu Ub(yc).
Vấn đề đặt ra là muốn điều chỉnh U b thành Ub(yc) thì phải đặt máy bù đồng bộ
hay tụ điện tĩnh có dung lượng là bao nhiêu?

24


b
UA

R + jX
Sb = pb + j qb
S'b = pb + j( qb - Qbù)

Qbù
Qbù
Ub(yc)

Hình 2-3: Sơ đồ mạng điện dùng máy bù đồng bộ để điều chỉnh điện áp
Giả thiết CSPK cần phải bù tại b là Qbù thì phụ tải mạng sẽ là:
.

S'b = p b + j(q b - Q bu )

(2.10)

Ta có:
.

.

U A = U b(yc) + (∆u +j δ u) =

 p b X - (q b - Q bu )R 
p R + (q b - Q bu )X 
=  U b(yc) + b
 + j

U b(yc)
U b(yc)




2

(2.11)


 p b X - (q b - Q bu )R 
p R + (q b - Q bu )X 
Hay là: U 2A =  U b(yc) + b
 + 

U b(yc)
U b(yc)





Khai triển biểu thức trên ta có:

U 2A = U 2b(yc) + 2[p b R + (q b - Q bu )X] +
2

 p R + (q b - Q bu )X 
 p b X - (q b - Q bu )R 
+  b
 + 

U b(yc)
U b(yc)





2

U 2b(yc) - U A2 + 2p b R + 2q b X - 2Q bu X +
+
+

2
p 2b R 2 + 2p b R(q b - Q bu )X + (q b2 - 2q b Q bu + Q bu
)X 2
U 2b(yc)
2
p 2b X 2 - 2p b R(q b - Q bu )X + (q b2 - 2q b Q bu + Q bu
)R 2

=0
U 2b(yc)

25

2