Tái cấu hình lưới điện phân phối để giảm tổn thất công suất

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.....................................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................6
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................7
CHƢƠNG 1 ................................................................................................................9
TỔNG QUAN VỀ LƢỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP .................................................9
VÀ LƢỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP TỈNH NAM ĐỊNH .........................................9
1.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối trung áp .....................................................9
1.2. Lƣới phân phối trung áp tỉnh Nam Định ........................................................13
1.2.1. Nguồn cấp điện cho lƣới phân phối trung áp ..........................................13
1.2.2. Hiện trạng lƣới điện phân phối trung áp .................................................15
1.2.2.1. Đƣờng dây trung áp .................................................................................15
1.2.2.2. Trạm biến áp.............................................................................................16
1.2.3. Hiện trạng vận hành lƣới điện trung áp tỉnh Nam Định ........................17
1.2.3.1. Hiện trạng mang tải các đƣờng dây trung thế và TBA. .......................17
1.2.3.2. Hiện trạng tổn thất công suất, tổn thất điện áp và tổn thất điện năng ...18
CHƢƠNG 2 ..............................................................................................................19
BÀI TOÁN TÁI CẤU HÌNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ........................................19
2.1. Tổng quan về bài toán tái cấu hình lƣới điện phân phối ................................19
2.2. Các bài toán tái cấu hình LĐPP ở góc độ vận hành: ......................................19
2.3. Một số phƣơng pháp tái cấu hình lƣới điện phân phối ..................................20
2.3.1. Thuật toán cắt vòng kín [1] .....................................................................20
2.3.2. Thuật toán đổi nhánh [2] .........................................................................22
2.2.3. Thuật toán tìm ngƣợc Backtracking [3] ..................................................24
2.3.4. Thuật toán tìm kiếm cấu hình lƣới điện phân phối có tổn thất công suất
nhỏ nhất [4] .......................................................................................................25
2.3.5. Kết luận ...................................................................................................25
1

CHƢƠNG 3 ..............................................................................................................27
TÍNH TOÁN TRÀO LƢU CÔNG SUẤT ................................................................27
3.1. Xây dựng các hệ phƣơng trình .......................................................................27
3.1.1. Hệ phƣơng trình cân bằng dòng nút ........................................................27
3.1.2. Hệ phƣơng trình cân bằng công suất nút ................................................29
3.2. Phƣơng pháp Newton-Raphson .....................................................................31
3.2.1. Cơ sở toán học .........................................................................................31
3.2.1.1. Trƣờng hợp có một ẩn số.........................................................................31
3.2.1.2. Hệ phƣơng trình phi tuyến.......................................................................32
3.2.2. Ứng dụng trong giải tích lƣới điện ..........................................................34
CHƢƠNG 4 ..............................................................................................................39
THU T TOÁN TÌM KIẾM CẤU HÌNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI C TỔN
THẤT CÔNG SUẤT NH NHÁT ..........................................................................39
4.1. Thuật toán tìm kiếm cấu hình LĐPP ..............................................................39
4.1.1. Giai đoạn 1 ..............................................................................................39
4.1.2. Giai đoạn 2 ..............................................................................................40
4.1.3. Các bƣớc thực hiện của thuật toán ..........................................................41
4.2. Ví dụ tính toán ................................................................................................44
4.2.1. Giai đoạn 1 ..............................................................................................45
4.2.2. Giai đoạn 2 ..............................................................................................50
CHƢƠNG 5 ..............................................................................................................54
TÍNH TOÁN ÁP DỤNG ..........................................................................................54
5.1. Chƣơng trình tính toán. ..................................................................................54
5.1.1. Giai đoạn 1 ..............................................................................................58
5.1.2. Giai đoạn 2: .............................................................................................60
5.2. Tính toán cho một lƣới điện phân phối TP Nam Định. .................................67
5.2.2. Kết quả tính toán. ....................................................................................72
5.3. Nhận xét: ........................................................................................................76
KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................78
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................79

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những vấn đề đƣợc trình bày trong luận văn này là nghiên
cứu của bản thân tôi dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Trƣơng Ngọc Minh, các kết quả
tính toán trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ một tài
liệu nào. Có tham khảo một số tài liệu và bài báo của các tác giả trong và ngoài
nƣớc đã đƣợc xuất bản. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu có sử dụng lại kết
quả của ngƣời khác.
Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2015
Tác giả luận văn

Bùi Văn Đức

3


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HTĐ

: Hệ thống điện

LĐPP

: Lƣới điện phân phố

MBA

: Máy biến áp

TBA

: Trạm biến áp

DD

: Dây dẫn

ĐDK

: Đƣờng dây trên không

SCADA

: Supervisory Control And Data Acquisition

DMS

: Distribution Management System

4


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Giải thuật của Merlin và Back..................................................................21
Hình 2.2: Thuật toán đổi nhánh................................................................................23
Hình 3.1: Minh họa phƣơng pháp Newton Raphson................................................32

Hình 3.2: Sơ đồ khối phƣơng pháp Newton Raphson .............................................34
Hình 3.2: Sơ đồ khối PP Newton Raphson tính trào lƣu công suất .........................38
Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán tái cấu hình LĐPP giai đoạn 1 ………..........................42
Hình 4.2: Sơ đồ thuật toán tái cấu hình LĐPP giai đoạn 2 ………..........................43
Hình 4.3: Sơ đồ lƣới 5 nút …………………………………..……..........................44
Hình 4.4: Sơ đồ lƣới 5 nút sau khi mở khóa 7……………………..........................48
Hình 4.5: Sơ đồ lƣới 5 nút sau khi mở khóa 7 &3..………………..........................49
Hình 4.6: Sơ đồ lƣới 5 nút sau khi mở khóa 7, 3 & 2.……………..........................50
Hình 4.7: Sơ đồ lƣới 5 nút sau sau khi kết thúc GĐ 1……………..........................51
Hình 4.8: Lƣới hình tia tối ƣu……………………….……………..........................52
Hình 4.9: Lƣới hình tia bất kỳ……………………….……………..........................52
Hình 5.1: Giao diện chính của chƣng trình………….……………..........................54
Hình 5.2: Giao diện nhập dữ liệu nút……….……….……………..........................55
Hình 5.3: Giao diện nhập dữ liệu nhánh...….……….……………..........................56
Hình 5.4: Sơ đồ lƣới điện hiện trạng mạch vòng phân phối trung áp các lộ 471 E3.1,
472 E3.4, 475 E3.7 và 471 E3.14 TP Nam Định….....….……….…………….......69
Hình 5.5: Kết quả cuối cùng của bài toán…..……….……………..........................75
Hình 5.6: Sơ đồ lƣới điện sau tái cấu hình….……….……………..........................77

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu hình LĐPP...........................20
Bảng 2.2: So sánh kết quả các phƣơng pháp............................................................26
Bảng 4.1: Dữ liệu các nhánh của lƣới điện 5 nút.....................................................44
Bảng 4.2: Danh sách các khóa điện……………......................................................45
Bảng 4.3: Điện áp tƣơng đối tại các nút khi mở khóa 1...........................................45
Bảng 4.4: Điện áp tƣơng đối tại các nút khi mở khóa 2...........................................45
Bảng 4.5: Điện áp tƣơng đối tại các nút khi mở khóa 3...........................................46

Bảng 4.6: Điện áp tƣơng đối tại các nút khi mở khóa 4...........................................46
Bảng 4.7: Điện áp tƣơng đối tại các nút khi mở khóa 5...........................................46
Bảng 4.8: Điện áp tƣơng đối tại các nút khi mở khóa 6...........................................47
Bảng 4.9: Điện áp tƣơng đối tại các nút khi mở khóa 7...........................................47
Bảng 4.10: Tổn thất công suất của các trƣờng hợp mở khóa trong bƣớc 1..............47
Bảng 4.11: Danh sách các khóa xem xét mở sau bƣớc 1…………………..............48
Bảng 4.12: Tổn thất công suất tác dụng của các TH mở khóa trong bƣớc 2............48
Bảng 4.13: Danh sách các khóa xem xét mở sau bƣớc 2…………………..............49
Bảng 4.14: Tổn thất công suất tác dụng của các TH mở khóa trong bƣớc 3............49
Bảng 4.15: Danh sách khóa mở và các khóa liền kề sau giai đoạn 1………............50
Bảng 5.1: Thông số nút của lƣới điện………………………………...……............70
Bảng 5.2: Thông số nhánh của lƣới điện…...………………………...……............71
Bảng 5.3: Tổng tổn thất công suất khi mở từng khóa trong vòng lặp thứ nhất........72
Bảng 5.4: Tổng tổn thất công suất khi mở từng khóa trong vòng lặp thứ hai..........72
Bảng 5.5: Tổng tổn thất công suất khi mở từng khóa trong vòng lặp thứ bai..........73
Bảng 5.5: Bảng danh sách các khóa đƣợc chọn mở sau giai đoạn 1………............74
Bảng 5.7: Kết quả giai đoạn 2……………………………………..………............74
Bảng 5.8: Kết quả bài toán….……………………………………..………............74

6


MỞ ĐẦU
Trong hệ thống điện, tổn thất điện năng trên lƣới điện phân phối trung áp
chiếm một tỷ lệ khá lớn. Vì vậy vấn đề giảm tổn thất điện năng trên lƣới điện phân
phối đóng một vai trò rất quan trọng. Hiện nay có nhiều phƣơng pháp đ làm giảm
tổn thất điện năng nhƣ: cải tạo lại lƣới điện, nâng cao điện áp vận hành, giảm truyền
tải công suất phản kháng trên lƣới bằng cách lắp đặt tụ bù tại các vị trí thích hợp ….
Tuy nhiên, các biện pháp này đòi hỏi chi phí lớn và phải có thời gian thực hiện.
Một trong những biện pháp đơn giản, hiệu quả góp phần làm giảm tổn thất

điện năng trên lƣới phân phối trung áp là tái cấu hình lƣới phân phối. Tái cấu hình
lƣới phân phối không những không đòi hỏi chi phí đầu tƣ cải tạo lƣới điện, mà còn
giúp giảm đáng k tổn thất điện năng. Hơn nữa, việc tái cấu hình lƣới điện còn nâng
cao hiệu quả vận hành lƣới phân phối, cân bằng công suất giữa các tuyến dây, giảm
sụt áp cuối đƣờng dây, giảm bớt khả năng quá tải của các thiết bị trên lƣới, giảm
thi u số phụ tải bị mất điện khi sảy ra sự cố.
Xuất phát từ lý do nêu trên, sau 2 năm học tập, nghiên cứu, tôi đã lựa chọn đề
tài “Tái cấu hình lƣới điện phân phối TP Nam Định – Tỉnh Nam Định đ giảm tổn
thất công suất”.
Mục đích nghiên cứu: Tính toán, phân tích và đề xuất thuật toán tìm kiếm cấu
hình tối ƣu cho lƣới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng đồng
thời đảm bảo các yêu cầu chính của lƣới phân phối.
Đối tƣợng nghiên cứu: Lƣới điện phân phối trung áp nói chung và lƣới điện
phân phối trung áp 22kV và 35kV tỉnh Nam Định nói riêng.
Phƣơng pháp nghiên cứu:
+ Nghiên cứu lý thuyết về tái cầu hình lƣới phân phối trung áp.
+ Thu thập số liệu thực tế từ Công ty Điện lực Nam Định
+ Xử lý số liệu: Số liệu đƣợc sử lý bằng chƣơng trình tính toán trào lƣu công
suất và xác định vị trí đi m mở tối ƣu cho lƣới phân phối đƣợc xây dựng bằng ngôn
ngữ lập trình MATLAB.

7


Trong quá trình thực hiện luận văn, đƣợc sự hƣớng dẫn tận tụy, nhiệt tình của
thầy giáo TS. Trƣơng Ngọc Minh cùng với sự cố gắng của bản thân, tôi đã hoàn
thành luận văn. Tuy nhiên, do thời gian và hi u biết còn hạn chế nên bản luận văn
này không tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo và góp ý của các
thầy cô giáo đ nội dung đƣợc hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo

TS. Trƣơng Ngọc Minh cùng các thầy, cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện trƣờng ĐHBKHN đã giúp đ tôi hoàn thành bản luận văn này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2015
Tác giả luận văn

Bùi Văn Đức

8


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƢỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP
VÀ LƢỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP TỈNH NAM ĐỊNH
1.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối trung áp
1.1.1. Giới thiệu chung về lƣới điện phân phối trung áp
Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đƣờng
dây truyền tải và phân phối điện đƣợc nối với nhau thực hiện nhiệm vụ sản xuất,
truyền tải và phân phối điện năng.
Trong hệ thống điện, lƣới điện phân phối (LĐPP) nhận điện năng từ các trạm
biến áp trung gian hay từ thanh cái trung thế của các TBA 110kV, 220kV của cấp
truyền tải đ cung cấp điện đến các hộ tiêu thụ.
Cấu trúc của LĐPP rất đa rạng, phức tạp bao gồm nhiều nhánh, nhiều nút, có
khối lƣợng rất lớn và phân bố trên diện rộng. Khối lƣợng đầu tƣ xây dựng LĐPP
chiếm tỉ trọng khá lớn trong toàn bộ HTĐ. Xác suất ngừng cấp điện do sự cố, sửa
chữa, bảo dƣ ng, cải tạo, lắp đặt mới trên LĐPP cũng nhiều hơn trên lƣới truyền tải.
Tính chất phụ tải của LĐPP cũng đa dạng, phức tạp với nhiều các phụ tải từ hộ gia
đình cho đến ti u thủ công nghiệp, các khu công nghiệp và khu chế xuất…do đó
cũng gây khó khăn trong việc xây dựng các đồ thị phụ tải đặc trƣng phục vụ cho các
chế độ thống kê tính toán.
LĐPP gồm 2 phần:
- LĐPP trung áp có cấp điện áp từ 6kV đến 35kV, đƣa điện năng từ các các

trạm biến áp trung gian hay từ thanh cái trung thế của các TBA 110kV, 220kV của
cấp truyền tải tới các TBA phân phối hạ áp hay các phụ tải trực tiếp sử dụng cấp
điện áp trung áp.
- LĐPP hạ áp có cấp điện áp 220/380V đƣa điện năng từ các TBA phân phối
tới các thiết bị điện.
Tổn thất điện năng trên LĐPP lớn hơn rất nhiều so với lƣới điện truyền tải. Vì
vậy, giảm tổn thất điện năng trên LĐPP có ý nghĩa quyết định trong việc giảm tỷ lệ
tổn thất chung trong toàn bộ HTĐ. Đặc biệt, trong bối cảnh ngày nay, sự căng thẳng
9


và gia tăng giá nhiên liện trong cân bằng năng lƣợng lại càng khẳng định nhiệm vụ
giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện là một trong các khâu
quan trọng nhất đ tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao hiệu quả kinh tế. Khi phân tích tổn
thất điện năng, ta cần phân loại tổn thất. Trong vận hành, khai thác LĐPP có 2 loại
tổn thất là: tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật.
- Tổn thất điện năng kỹ thuật: Là tổn thất điện năng gây ra do tổn thất công
suất kỹ thuật trên đƣờng dây và thiết bị điện trên LĐPP. Tổn thất điện năng kỹ thuật
là tiêu hao điện năng tất yếu trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng. Tổn
thất kỹ thuật phụ thuộc vào tính chất dây dẫn và vật liệu cách điện, điều kiện môi
trƣờng, dòng điện và điện áp. Tổn thất này không th bị triệt tiêu mà chỉ có th hạn
chế ở mức độ hợp lý hoặc cho phép.
- Tổn thất điện năng phi kỹ thuật: Là tổn thất điện năng do trộm cắp điện, do
sai số của thiết bị đo đếm điện năng hoặc do lỗi hệ thống quản lý đo đếm điện.
1.1.2. Một số yêu cầu chính đối với lƣới điện phân phối
LĐPP là khâu cuối cùng đƣa điện năng tới phụ tải. Vì vây, LĐPP ảnh hƣởng
tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện và các hộ tiêu thụ. Một LĐPP nói
chung cần đảm bảo một số yêu cầu nhƣ sau:
 Đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các phụ tải và ít gây mất điện cho khách
hàng.

 Các thiết bị nhƣ MBA, đƣờng dây, cầu chì…phải đƣợc đảm bảo không bị
quá tải trong chế độ làm việc bình thƣờng.
 Điện áp tại các hộ tiêu thụ phải nằm trong phạm vi cho phép.
 LĐPP vận hành linh hoạt và phù hợp với việc phát tri n lƣới điện trong
tƣơng lai.
 Chi phí vận hành nhỏ nhất.
1.1.3. Lƣới phân phối kín vận hành hở
Trên mỗi xuất tuyến của LĐPP ngoài các thiết bị đóng cắt đầu xuất tuyến thì
ngƣời ta còn đặt nhiều thiết bị đóng cắt đ phân đoạn trên trục chính và nhánh rẽ.
Giữa các xuất tuyến với nhau trên mạch vòng cũng đặt các thiết bị đóng cắt vận
10


hành ở vị trí thƣờng mở, gọi là thiết bị liên lạc. Trong thực tế ngƣời ta thƣờng thiết
kế và xây dựng lƣới điện phân phối tạo thành các mạch vòng kín giữa các xuất
tuyến với nhau nhƣng vận hành hở. Khi cần sửa chữa hoặc có sự cố đƣờng dây điện
thì việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ việc chuy n đổi nguồn cung
cấp bằng thao tác đóng cắt thiết bị liên lạc hay tự động chuy n đổi nhờ các thiết bị
nối mạch vòng.
So với cấu hình hình tia, mạch vòng có nhiều ƣu đi m hơn, song lại phức tạp
về bảo vệ rơle. Cấu hình mạch vòng chỉ thích hợp cho lƣới có số lƣợng trạm trên
mạch vòng ít. Mặt khác cùng với một giá trị vốn đầu tƣ thì hiệu quả khai thác mạch
vòng kín so với mạch hình tia là thấp hơn. Ngoài ra, trong những thập niên gần đây
với sự xuất hiện các thiết bị công nghệ mới và các thiết bị tự động, việc giảm bán
kính cung cấp điện, tăng tiết diện dây dẫn và bù công suất phản kháng nên các
nhƣợc đi m của lƣới hình tia đã đƣợc khắc phục nhiều.
Lý do vận hành hở LĐPP xuất phát từ nét đặc trƣng sau của lƣới điện phân
phối:
 Số lƣợng phần tử nhƣ lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của LĐPP nhiều
hơn lƣới truyền tải nhiều lần nhƣng vốn đầu tƣ lại thấp hơn.

 Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ nên khi có sự
cố, mức độ thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện ở LĐPP gây ra cũng ít hơn so với
sự cố của lƣới điện truyền tải.
Do những nét đặc trƣng trên, LĐPP cần vận hành hở dù có cấu trúc mạch
vòng vì các lý do nhƣ sau:
 Tổng trở của LĐPP vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành vòng kín
nên dòng ngắn mạch nhỏ khi có sự cố. Vì vậy chỉ cần chọn các thiết bị có dòng
ngắn mạch chịu đựng và dòng cắt ngắn mạch nhỏ nên vốn đầu tƣ giảm đáng k .
 Dễ dàng hơn trong việc thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le. Trong vận hành hở,
các rơle bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại rơ le đơn giản, rẻ tiền nhƣ rơ le quá dòng,
thấp áp … mà không cần thiết phải trang bị các loại rơ le phức tạp nhƣ định hƣớng,

11


khoảng cách, so lệch, … nên việc phối hợp bảo vệ rơ le trở nên dễ dàng hơn, nên
vốn đầu tƣ cũng giảm xuống.
 Khi sự cố, do vận hành hở nên sự cố không lan tràn qua các phụ tải khác và
giảm đƣợc phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố.
 Do vận hành hở, nên việc điều khi n điện áp trên từng tuyến dây dễ dàng
hơn.
 Dự báo và điều khi n dòng công suất dễ dàng hơn.
 Vận hành đơn giản, linh hoạt.
 Chi phí thấp đầu tƣ xây dựng thấp.
Do đó, LĐPP thƣờng có các đi m mở đ tạo thành lƣới điện vận hành hở khi
cần thiết. Việc tìm đi m mở trên LĐPP thực chất là đi xác định một cấu hình của
LĐPP đ đạt các mục tiêu trong vận hành nhƣ cải thiện chất lƣợng điện áp, cải thiện
độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất công suất tác dụng… Bài toán xác định đi m
mở của lƣới điện phân phối thƣờng đƣợc gọi là bài toán tái cấu hình LĐPP.
1.1.4. Thực trạng lƣới điện phân phối ở Việt Nam

Ở nƣớc ta, phụ tải của LĐPP rất đa dạng và phức tạp, nhất là ở một số khu
vực các phụ tải sinh hoạt, dịch vụ và ti u thủ công nghiệp đa phần cùng trong 1 hộ
phụ tải. Do lịch sử đ lại, LĐPP trung áp tồn tại nhiều cấp điện áp khác nhau: 6, 10,
15, 22, 35 kV, các trạm biến áp trung gian đƣợc xây dựng đã lâu với thiết bị cũ kĩ,
lạc hậu, xuống cấp nhiều. Sự tồn tại nhiều cấp điện áp buộc phải sử dụng nhiều loại
thiết bị phù hợp với từng cấp điện áp với xuất xứ khác nhau, gây trở ngại trong vận
hành nhƣ việc kết nối đ hỗ trợ nguồn điện lẫn nhau khi có sự cố, gây tốn kém trong
công tác dự phòng các thiết bị điện đ sử lý sự cố … Mặt khác, LĐPP tồn tại nhiều
cấp điện áp gây khó khăn cho việc thiết lập đƣợc chế độ làm việc kinh tế, quá trình
cải tạo và quy hoạch cũng gặp nhiều trở ngại do thiếu các chỉ tiêu, định mức hợp lý
… dẫn đến thiếu chính xác trong dự báo, lựa chọn thiết bị và lãng phí vốn đầu tƣ,
kèm theo đó là quá trình gia tăng tổn thất, giảm chất lƣợng điện năng.
Từ những bất cập nêu trên, đ thống nhất LĐPP Việt Nam, Bộ năng lƣợng
(nay là Bộ công thƣơng) đã ban hành các quyết định về việc chuy n cấp điện áp
12


phân phối về 2 cấp điện áp tiêu chuẩn 22kV và 35kV (Quyết định số 149
NL/KHKT ngày 24 tháng 3 năm 1993 về việc chọn cấp điện áp chuẩn lƣới trung áp
cho toàn quốc là 22kV và 35kV; Quyết định số 1867 NL/KHKT ngày 12 tháng 9
năm 1994 ban hành các qui định các tiêu chuẩn kỹ thuật cấp điện áp trung thế). Mặc
dù đã có chủ chƣơng nêu trên nhƣng nhƣng tiến độ thực hiện vẫn còn chậm, thậm
chí có nhiều nơi không th thực hiện đƣợc do sự hạn hẹp của vốn đầu tƣ.
Recloser và cầu dao phụ tải đang dần phổ biến trên LĐPP nhƣng không đƣợc
điều khi n từ xa nên chi phí đóng cắt lớn và thời gian chuy n tải lâu. Do đó gây khó
khăn cho việc điều khi n từ xa và sử dụng hệ thống SCADA/DMS cho LĐPP.
1.2. Lƣới phân phối trung áp tỉnh Nam Định
LĐPP trung áp Nam Định đƣợc Công ty Điện lực Nam Định quản lý, vận
hành. Trong những năm gần đây, cùng với sự phát tri n mạnh mẽ của kinh tế xã
hội, nhu cầu về điện ngày càng tăng về sản lƣợng điện năng, chất lƣợng điện năng

và độ tin cậy cung cấp điện. Vì vậy, LĐPP cũng không ngừng đƣợc đầu tƣ mở rộng.
Vấn đề đặt ra cho ngành điện nói chung và Công ty Điện lực Nam Định nói riêng
hiện nay là với sự phát tri n của lƣới điện lớn mạnh nhƣ vậy, làm sao đảm bảo chất
lƣợng điện năng cung cấp cho khánh hàng, đồng thời phải giảm tổn thất công suất
trên LĐPP ở mức thấp nhất đ đem lại hiệu quả kinh tế cho ngành điện. Cùng với
xu thế chung của cả nƣớc, LĐPP trung áp Nam Định đang dần đƣợc cải tạo, nâng
cấp lên vận hành 2 cấp điện áp tiêu chuẩn 22kV và 35kV.
1.2.1. Nguồn cấp điện cho lƣới phân phối trung áp
LĐPP trung áp tỉnh Nam Định đƣợc cung cấp nguồn từ các trạm biến áp
(TBA) 110kV trên địa bàn tỉnh Nam Định. Hiện nay, trên địa bàn tỉnh Nam Định
hiện có 12 trạm biến áp 110kV đang vận hành cấp điện cho LĐPP trung áp, cụ th
nhƣ sau:
- Trạm 110 kV Trình Xuyên (E3.1): TBA gồm 2 MBA (MBA): MBA T1
công suất 25 MVA, điện áp 110/35/22 kV; MBA T2 có công suất 40MVA, điện áp
110/35/22kV. Trạm có 5 xuất tuyến 35kV và 6 xuất tuyến 22kV. Hiện trạm đang

13


mang tải khoảng 65% và dự kiến mang tải khoảng 75% công suất đặt MBA vào
mùa mƣa bão khi các trạm bơm lớn trong khu vực hoạt động.
- Trạm 110kV Phi Trƣờng (E3.4): TBA gồm 2 MBA: MBA T1 công suất 25
MVA - 110/35/6 kV, MBA T2 công suất 25 MVA, điện áp 110/35/22 kV; TBA có
3 xuất tuyến 35kV, 2 xuất tuyến 22kV. Hiện tại, trạm đang vận hành với mức mang
tải khoảng 25% công suất đặt MBA.
- Trạm 110kV Mỹ Xá (E3.9): TBA gồm 2 MBA T1 và T2, mỗi MBA có
công suất 40 MVA, điện áp 110/22 kV; TBA có 8 xuất tuyến 22kV. Hiện trạm đang
vận hành khoảng 70% công suất đặt MBA.
- Trạm 110kV Mỹ Lộc (E3.14): TBA có 1 MBA T1, công suất 25 MVA, điện
áp 110/35/22kV; TBA có 2 xuất tuyến 35 kV và 2 xuất tuyến 22 kV. Hiện trạm

đang vận hành khoảng 80% công suất đặt MBA.
- Trạm 110kV Lạc Quần (E3.8): TBA có 2 MBA T1và T2: MBA T1 công
suất 40MVA, điện áp 110/35/22kV, MBA T2 công suất 25MVA, điện áp
110/35/22kV; TBA có 3 xuất tuyến 35kV và 4 xuất tuyến 22kV. Hiện trạm vận
hành với mức mang tải khoảng 70% công suất đặt MBA.
- Trạm 110kV Nghĩa Lạc (E3.10): TBA có 1 MBA T1, công suất 25 MVA,
điện áp 110/35/22kV; TBA có 2 xuất tuyến 35 kV và 1 xuất tuyến 22 kV. Hiện trạm
đang vận hành khoảng 80% công suất đặt MBA.
- Trạm 110kV Hải Hậu (E3.11): TBA có 2 MBA: MBA T1 có công suất 25
MVA, cấp điện áp 110/35/10 kV; MBA T2 có công suất 25 MVA, cấp điện áp
110/35/22kV. TBA có 1 xuất tuyến 35 kV, 2 xuất tuyến 22 kV và 4 xuất tuyến 10
kV. Hiện trạm đang vận hành khoảng 70% công suất đặt MBA.
- Trạm 110kV Nam Ninh (E3.12): TBA có 2 MBA T1 có công suất 25 MVA,
cấp điện áp 110/35/10 kV và MBA T2 có công suất 25 MVA, cấp điện áp
110/35/22 kV. TBA có 2 xuất tuyến 35 kV và 3 xuất tuyến 22 kV, 4 xuất tuyến 10
kV. Hiện trạm đang vận hành khoảng 70% công suất đặt MBA.

14


- Trạm 110kV Giao Thủy (E3.13): TBA có 2 MBA T1 và T2, công suất mỗi
MBA 25 MVA, điện áp 110/35/22kV. TBA có 1 xuất tuyến 35 kV và 6 xuất tuyến
22 kV. Hiện trạm đang vận hành khoảng 80% công suất đặt MBA.
- Trạm 110kV Ý Yên (E3.15): TBA có 1 MBA T1, công suất 40 MVA, điện
áp 110/35/22kV. TBA có 4 xuất tuyến 35 kV và 3 xuất tuyến 22 kV. Hiện trạm
đang vận hành khoảng 80% công suất đặt MBA.
- Trạm 110kV Trực Ninh E3.16: TBA có 1 MBA T1, công suất 40 MVA,
điện áp 110/35/22kV. TBA có 2 xuất tuyến 35 kV và 4 xuất tuyến 22 kV. Hiện trạm
đang vận hành khoảng 80% công suất đặt MBA.
- MBA T3 trạm 220 kV Nam Định (E3.7): MBA đƣợc đặt trong TBA 220 kV

Nam Định có công suất 25 MVA, điện áp 110/22kV. TBA có 4 xuất tuyến 22 kV.
Hiện trạm vận hành khoảng 80% công suất đặt MBA.
1.2.2. Hiện trạng lƣới điện phân phối trung áp
1.2.2.1. Đƣờng dây trung áp
Đƣờng dây trung áp tỉnh Nam Định hiện nay chủ yếu sử dụng đƣờng dây trên
không có các cấp điện áp 35kV, 22 kV và 10 kV. Dây dẫn sử dụng các chủng loại
AAL240, AAL120, AAL70, AC95, AC70, AC50 và AC35. Tổng chiều dài đƣờng
dây trung áp toàn tỉnh là 1.991 km, trong đó :
- Lƣới điện 35kV có 19 đƣờng dây, tổng chiều dài: 618,95 km, chiếm tỷ lệ
31% tổng chiều dài đƣờng dây trung áp toàn tỉnh. Lƣới điện 35 kV phân bố trên địa
bàn toàn tỉnh, vừa là lƣới truyền tải, cung cấp điện cho 10 trạm trung gian 35/10 kV
với công suất đặt 74.900 KVA, vừa là lƣới phân phối, cung cấp điện cho 618 trạm
biến áp 35/0.4 kV với công suất đặt 285.238kVA. Bán kính cấp điện của lƣới 35 kV
nằm trong phạm vi 30 km, dây dẫn tiết diện chủ yếu là AC95, AC70, AC50. Các
tuyến dây 35 kV trong tỉnh đều có kết nối mạch vòng liên kết với nhau.
- Lƣới điện 22kV có 38 đƣờng dây, tổng chiều dài: 799,92 km, chiếm tỷ lệ
40% tổng chiều dài đƣờng dây trung áp toàn tỉnh. Lƣới điện 22 kV đƣợc phát tri n
từ năm 2000 trên cơ sở cải tạo nâng cấp các tuyến đƣờng dây 6 kV, 10 kV cũ. Lƣới
22 kV cấp điện cho 1.344 trạm biến áp 22/0.4 kV với tổng công suất đặt 430.338
15


kVA. Bán kính cấp điện trung bình của lƣới 22 kV nằm trong phạm vi 20 km, dây
dẫn sử dụng chủ yếu là AAL240, AC95, AC70, AC50. Hầu hết các tuyến dây 22
kV đều có liên kết mạch vòng với nhau.
- Lƣới điện 10kV có 32 đƣờng dây, tổng chiều dài: 569,67 km, chiếm tỷ lệ
29% tổng chiều dài đƣờng dây trung áp toàn tỉnh. Có 8 đƣờng dây 10 kV đƣợc cấp
điện từ các TBA 110kV, 24 đƣờng dây 10 kV đƣợc cấp điện từ các trạm trung gian
35/10kV. Lƣới điện 10kV cung cấp cho 613 trạm biến áp 10/0.4kV với công suất
đặt 158.958kVA. Bán kính cấp điện trung bình của lƣới 10kV nằm trong phạm vi

15 km, dây dẫn sử dụng chủ yếu là dây AC70, AC50, AC35.
1.2.2.2. Trạm biến áp
* Trạm biến áp trung gian
Hiện nay trên lƣới điện khu vực Nam Định có: 10 trạm trung gian 35/10 kV
với 19 MBA, tổng dung lƣợng 74.900 kVA, cụ th nhƣ sau :
- Trạm TG Yên Thắng: TBA gồm: 2 MBA công suất 3.200+5.600 kVA –
35/10 kV; 3 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành với khoảng 70% công suất.
- Trạm TG Trực Đại: TBA gồm: 2 MBA công suất 3.200+7.500 KVA –
35/10 kV; 3 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành với khoảng 85% công suất.
- Trạm TG Trực Nội: TBA gồm: 2 MBA công suất 2x3.200 kVA – 35/10 kV;
3 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành quá tải khoảng 15% vào cao đi m.
- Trạm TG Cổ Lễ: TBA gồm: 2 MBA công suất 4.800+5.600 kVA – 35/10 kV;
3 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành quá tải khoảng 15% vào các giờ cao đi m.
- Trạm TG Cầu Vòi: TBA gồm: 2 MBA công suất 2x3.200 kVA – 35/10 kV;
3 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành đầy tải.
- Trạm TG Cổ Giả: TBA gồm: 1 MBA công suất 3.200 kVA – 35/10 kV; 1
xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành đầy tải.
- Trạm TG Hải Thịnh: TBA gồm: 2 MBA công suất 3.200+4.000 kVA –
35/10 kV; 2 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành khoảng 70 % công suất.

16


- Trạm TG Liễu Đề: TBA gồm: 2 MBA công suất 3.200+5.600 KVA – 35/10
kV; 2 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành với khoảng 85% tải.
- Trạm TG Nghĩa Tân: TBA gồm: 2 MBA công suất 2x3.200 kVA – 35/10
kV; 2 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành đầy tải.
- Trạm TG Đông Bình: TBA gồm: 2 MBA công suất 3.200+4.800 KVA –
35/10 kV; 2 xuất tuyến 10kV. Trạm đang vận hành với khoảng 70% tải.
* Trạm biến áp phân phối

Tổng số trạm biến áp phân phối trên địa bàn tỉnh Nam Định là 2.575 trạm biến
áp với tổng dung lƣợng 874.534 kVA, MBA chủ yếu sử dụng các gam MBA có công
suất 180 kVA, 250 kVA, 320 kVA, 400 kVA, 560kVA và 630kVA. Trong đó:
- Trạm biến áp 35/0,4kV có 618 trạm, tổng dung lƣợng 285.238 kVA, chiếm
tỷ lệ 33% tổng dung lƣợng trạm phân phối toàn tỉnh.
- Trạm biến áp 22/0,4kV có 1.344 trạm, tổng tổng dung lƣợng 430.338 kVA,
chiếm tỷ lệ 49% tổng dung lƣợng trạm phân phối toàn tỉnh.
- Trạm biến áp 10/0,4kV có 613 trạm, tổng dung lƣợng 158.958 kVA, chiếm
tỷ lệ 18% tổng dung lƣợng trạm phân phối toàn tỉnh.
1.2.3. Hiện trạng vận hành lƣới điện trung áp tỉnh Nam Định
1.2.3.1. Hiện trạng mang tải các đƣờng dây trung thế và TBA.
- Đƣờng dây 35 kV: Các đƣờng dây 35 kV không bị quá tải, một số đƣờng
dây 35 kV hiện đang mang tải cao là đƣờng dây 373-E3.15 với Pmax là 15,543 MW,
đƣờng dây 376-E3.4 với Pmax là 14,534 MW, đƣờng dây 374-E3.1 với Pmax là
13,543 MW.
- Đƣờng dây 22 kV: Các đƣờng dây 22 kV không bị quá tải, một số đƣờng dây
22 kV hiện đang mang tải cao là đƣờng dây 477-E3.9 với Pmax là 8,159 MW, đƣờng
dây 472-E3.9 với Pmax là 8,159 MW, đƣờng dây 476-E3.1 với Pmax là 8,118 MW.
- Đƣờng dây 10 kV: Các đƣờng dây 10 kV không bị quá tải, một số đƣờng
dây 10 kV hiện đang mang tải cao là đƣờng dây 973-TG Cổ Lễ với Pmax là 4,39

17


MW, đƣờng dây 972-TG Trực Nội với Pmax là 4,297 MW, đƣờng dây 972-TG Liễu
Đề với Pmax là 4,334 MW.
- Các trạm trung gian 35/10 kV: Có 5/10 trạm biến áp trung gian vận hành từ
80% tải đến đầy tải vào các giờ cao đi m, 2/10 trạm biến áp trung gian vận hành
quá tải vào các giờ cao đi m.
- Các trạm biến áp phân phối: Các trạm biến áp phân phối 35/0.4 kV, 22/0.4

kV, 10/0.4 kV vận hành với mức mang tải từ 50% đến 90% tải định mức, không có
trạm bị quá tải.
1.2.3.2. Hiện trạng tổn thất công suất, tổn thất điện áp và tổn thất điện năng
- Lƣới điện 35 kV: Lƣới điện 35 kV có 19 đƣờng dây, cung cấp sản lƣợng
điện 490.983.731 kwh/năm, tổn thất công suất các đƣờng dây 35 kV là 5,89%, tổn
thất điện áp là 5,49%, tổn thất điện năng chung của lƣới 35 kV là 3.94%
- Lƣới điện 22 kV: Lƣới điện 22 kV có 38 đƣờng dây, cung cấp sản lƣợng
điện 634.949.534 kwh/năm, tổn thất công suất các đƣờng dây 22 kV là 5,75%, tổn
thất công suất là 4,71%, tổn thất điện năng chung của lƣới 22 kV chiếm 3,57%.
- Lƣới điện 10 kV: Lƣới điện 10 kV có 32 đƣờng dây, cung cấp sản lƣợng
điện 249.083.914 kwh/năm, tổn thất công suất các đƣờng dây 10 kV là 12,67%, tổn
thất công suất là 10,97 %, tổn thất điện năng của lƣới 10 kV chiếm 5,64 %.

18


CHƢƠNG 2
BÀI TOÁN TÁI CẤU HÌNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Tổng quan về bài toán tái cấu hình lƣới điện phân phối
Tái cấu hình lƣới điện đƣợc thực hiện bằng cách chuy n tải nhờ đóng, mở
thiết bị chuy n mạch. Ta biết rằng khi thay đổi cấu trúc LĐPP thông qua việc đóng,
mở các khóa điện thì sự phân bố dòng, áp trên lƣới cũng thay đổi, dẫn đến tổn thất
trên lƣới cũng thay đổi theo. Mục tiêu của bài toán tái cấu hình LĐPP là tìm ra cấu
hình đảm bảo các yêu cầu của LĐPP có tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất. Tái
cấu hình lƣới không những không đòi hỏi nhiều về vốn đầu tƣ mà còn giúp giảm tổn
thất đáng k khi cân bằng tải giữa các tuyến đƣợc thiết lập. Hơn nữa, tái cấu hình
lƣới điện phân phối còn có th giảm sụt áp trong lƣới và giảm số khách hàng bị mất
điện khi sự cố. Vì vậy, tái cấu hình lƣới điện phân phối có ý nghĩa quan trọng trong
quản lý, vận hành lƣới điện.
Bài toán tái cấu hình có th đƣợc thực hiện với nhiều hàm mục tiêu khác

nhau, nhƣ giảm tổn thất công suất, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo dòng ngắn
mạch, v.v. Trong phạm vi luận văn này, bài toán tái cấu hình lƣới điện phân phối
theo hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất sẽ đƣợc đề cập.
Hiện nay, các phƣơng pháp thƣờng dùng trong tính toán tái cấu hình LĐPP
đều dựa trên các qui tắc tìm kiếm theo một tiêu chí nào đó đ đạt đƣợc giải pháp tối
ƣu cuối cùng (kết hợp với thuật toán tối ƣu).
2.2. Các bài toán tái cấu hình LĐPP ở góc độ vận hành:
Các bài toán vận hành LĐPP mô tả hàm mục tiêu tái cấu hình lƣới điện nhƣ sau:
- Bài toán 1: Xác định cấu hình lƣới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 khoảng
thời gian đ chi phí vận hành nhỏ nhất.
- Bài toán 2: Xác định cấu hình lƣới điện trong 1 khoảng thời gian đ tổn
thất năng lƣợng nhỏ nhất.
- Bài toán 3: Xác định cấu hình lƣới điện tại 1 thời đi m đ tổn thất công
suất nhỏ nhất.

19


- Bài toán 4: Tái cấu hình lƣới điện cân bằng tải (giữa các đƣờng dây, máy
biến thế) đ nâng cao khả năng tải của lƣới điện.
- Bài toán 5: Khôi phục lƣới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.
- Bài toán 6: Xác định cấu hình lƣới điện theo nhiều mục tiêu nhƣ: Tổn thất
công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuy n tải ít nhất, sụt áp
cuối lƣới bé nhất đồng thời sảy ra (hàm đa mục tiêu).

Đặc điểm lƣới điện

Bảng 2.1: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu hình LĐPP
Tên bài toán
Khóa điện đƣợc điều khi n từ xa

1
x

2

3
x

4

Chi phí chuy n tải thấp,
x
x
không mất điện khi chuy n tải
Chi phí chuy n tải cao,
x
x
mất điện khi chuy n tải
Lƣới điện thƣờng xuyên bị quá
x
x
tải
Lƣới điện ít bị quá tải
x
x
Lƣới điện hầu nhƣ không bị quá
x
x
x

tải
Từ bảng trên, ta thấy: Bài toán tái cấu hình LĐPP nhằm giảm

5
x

6

x
x

x

x
x

x

x
tổn thất công

suất tác dụng (bài toán 3) là bài toán quan trọng, làm nền tảng đ giải quyết các bài
toán khác trong hệ thống các bài toán tái cấu hình LĐPP. Vì vậy, luận văn chọn bài
toán này đ nghiên cứu.
2.3. Một số phƣơng pháp tái cấu hình lƣới điện phân phối
2.3.1. Thuật toán cắt vòng kín.
Giải thuật của Merlin và Back khá đơn giản: “ Đóng tất cả các khóa điện lại
tạo thành 1 vòng kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần
lƣợt các khóa có dòng điện bé nhất cho đến khi lƣới điện trở thành dạng hình tia”. Ở
đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lƣới điện phân phối luôn có mức tổn

thất công suất bé nhất. Vì vậy đ có lƣới điện phân phối vận hành hình tia, Merlin
và Back lần lƣợt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá trình sẽ
chấm dứt khi lƣới điện đạt trạng thái vận hành hở. Các giải thuật tìm kiếm nhánh và
20


biên ứng dụng kỹ thuật Heuristic này mất nhiều thời gian do có khả năng sẽ xảy ra
đến 2n cấu hình nếu có n đƣờng dây đƣợc trang bị khóa điện. Hình 2.1 th hiện giải
thuật của Merlin và Back, đã đƣợc Shirmohammadi bổ sung*:

Đọc dữ liệu và khóa điện

Đóng tất cả các khóa điện

Giải bài toán phân bố công suất và
thay thế tải bằng các nguồn dòng

Giải bài toán phân bố công suất tối
ƣu

Mở khóa điện có dòng bé nhất

Yes

Vi phạm các điều
kiện vận hành

Đóng khóa điện vừa mở
Mở khóa điện có dòng
bé nhất tiếp theo

No
No

Lƣới điện hình tia?

Yes
Kết quả

Hình 2.1. Giải thuật của Merlin và Back

*

Theo D. Shirmohammadi and H.W. Hong, “Reconfiguration of electric distribution networks for resistive line losses reduction,” IEEE Trans. Power
Del., vol. 4, no. 2, pp. 1492–1498, Apr. 1989

21


Giải thuật này chỉ khác so với các giải thuật gốc của Merlin và Back ở chỗ có
xét đến điện áp ở trạm trung gian và yếu tố liên quan đến dòng điện.
Giải thuật của Merlin và Back đƣợc Shirmohammadi chỉnh sửa, ông là tác giả
đầu tiên sử dụng kĩ thuật bơm vào và rút ra một lƣợng công suất không đổi đ mô
phỏng thao tác thay đổi cấu hình của lƣới điện phân phối hoạt động hở về mặt vật lý
nhƣng về mặt toán học là một mạch vòng. Dòng công suất bơm vào và rút ra là một đại
lƣợng liên tục. Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn còn bộc lộ nhiều nhƣợc đi m nhƣ:
 Mặc dù đã áp dụng các kỹ thuật tìm kiếm kinh nghiệm, giải thuật này vẫn
cần nhiều thời gian đ tìm cấu hình giảm tổn thất công suất.
 Tính chất không cân bằng và nhiều pha chƣa đƣợc mô phỏng đầy đủ.
 Tổn thất công suất của MBA chƣa đƣợc xét đến trong giải thuật.

2.3.2. Thuật toán đổi nhánh.
Phƣơng pháp kỹ thuật đổi nhánh – Branch exchange methods* đƣợc bắt đầu
với giả thiết là: Lƣới điện phân phối đƣợc vận hành với cấu hình hình tia, một khóa
điện đƣợc đóng lại và đồng thời 1 khóa điện khác trong mạch vòng đƣợc mở ra đảm
bảo cấu hình hình tia của lƣới điện. Mỗi lần thay đổi trạng thái đóng/cắt của một
cặp khóa điện, sự thay đổi tổn thất công suất trên lƣới lại đƣợc đánh giá. Phƣơng
pháp thay đổi nhánh sẽ dừng lại khi không th giảm tổn thất công suất đƣợc nữa.
Đƣợc Civanlar phát tri n năm 1989, phƣơng pháp này yêu cầu sự phân tích
đánh giá dòng công suất trên toàn bộ hệ thống tại thời đi m tính toán. Sự thay đổi tổn
thất nhờ sự thay đổi trạng thái đóng cắt của cặp khóa điện đƣợc tính qua công thức:

Trong đó:


D : Tập các nút tải sẽ đƣợc đổi nhánh.



Ii : Dòng tải tại nút thứ i.

*

Theo S. Civanlar, J. J. Grainger, H. Yin, and S. S. H. Lee, “Distribution feeder
reconfiguration for loss reduction,” IEEE Trans. Power Del., vol. 3, no.
3, pp. 1217–1223, Jul. 1988.

22




Em : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra ở nút m.



En : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút n.



Rloop : Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng các khóa điện.

Phƣơng pháp này có hạn chế là khối lƣợng tính toán nhiều, trong lƣới điện
lớn, số lƣợng khóa điện nhiều, việc tính toán chế độ trong mỗi lần thay đổi trạng
thái đóng/cắt của cặp khóa điện là rất khó khăn và mất nhiều thời gian.

Giảm số lần thao tác khóa điện bằng cách
xem xét các luật Heuristic

Tính toán tổn thất công suất cho các thao
tác đóng cắt đƣợc đề nghị

Các thao tác đóng
cắt làm giảm tổn
thất công suất?

No
Sai

Đúng
Thực hiện thao tác đóng cắt khóa có mức

độ giảmYes
tổn thất công suất nhất

Phân bố công suất cho lƣới điện mới

Thỏa mãn ĐK quá tải
và độ sụt áp cho
phép?

Sai
Đúng

Kết quả

Hệ thống đƣợc
xem là tối ƣu

Hình 2.2: Thuật toán đổi nhánh

23


2.2.3. Thuật toán tìm ngƣợc Backtracking.
Thuật toán – Backtracking* – đƣợc Thomas E.MacDermott nghiên cứu và
phát tri n năm 1998, thuật toán này cũng là 1 trong những bài toán “mở lần lƣợt các
thiết bị đóng cắt phân đoạn – sequential switch opening method” nhƣng xuất phát
đi m lại ngƣợc lại so với thuật toán cắt vòng kín của Shirmohammadi.
Thuật toán Backtracking gồm các bƣớc nhƣ sau:
 Bƣớc 1: Mở tất cả các khóa điện, mỗi khóa điện đƣợc xem là một kết nối
giữa các phụ tải với nhau hay giữa nguồn với phụ tải.

 Bƣớc 2: Tìm cách gắn lần lƣợt từng phụ tải vào hệ thống qua một khóa điện
duy nhất, khóa điện này sẽ có trạng thái đóng. Các phụ tải có quyền lựa chọn xem
việc nối với nguồn nào đ có tổn thất công suất nhỏ nhất.
 Bƣớc 3: Tải sau khi đƣợc nối vào hệ thống sẽ trở thành nguồn cho các tải kế
tiếp xem xét đ kết nối (điều này đảm bảo mỗi tải chỉ đƣợc cung cấp điện từ một
nguồn duy nhất – điều kiện cấu hình vận hành hình tia).
 Bƣớc 4: Quá trình hình thành lƣới điện sẽ kết thúc khi tất cả các phụ tải đều
đƣợc cung cấp điện. Các khóa điện mở là các khóa còn lại trong hệ thống.
Phƣơng pháp này của Thomas E.MacDermott đã chứng minh đƣợc tính đúng
đắn khi đi giải các bài toán mẫu đã đƣợc chứng minh nhƣ bài toán Civanlar hai
nguồn, ba nguồn, bài toán Glamocanin, bài toán Baran và Wu ... đều cho ra kết quả
trùng lặp với các phƣơng pháp khác, điều đó chứng tỏ sự đúng đắn của giải thuật.
Tuy nhiên phƣơng pháp này vẫn còn bị hạn chế là khi lƣới điện phân phối lớn
với rất nhiều nút và nhiều nguồn cung cấp thì phƣơng pháp này tính toán và phân
tích kết quả của từng nhánh và từng nút trong lƣới do đó khối lƣợng tính toán lớn,
kết quả đƣa ra còn chậm.

*

Theo T. E. McDermott, I. Drezga, and R. P. Broadwater, “A heuristic nonlinear constructive method for distribution system reconfiguration,”
IEEE Trans. Power Syst., vol. 14, no. 2, pp. 478–483, May 1999

24


2.3.4. Thuật toán tìm kiếm cấu hình lƣới điện phân phối có tổn thất công suất
nhỏ nhất.
Thuật toán này đƣợc F.Vanderson Gomes nghiên cứu và phát tri n năm 2004.
Thuật toán này đặc biệt phù hợp với hệ thống lƣới điện phân phối quy mô lớn.
Thuật toán bắt đầu với giả thiết tất cả các khóa điện đều đóng. Việc quyết định mở

một khóa dựa trên kết quả tính toán trào lƣu công suất với tổng tổn thất công suất
tác dụng trong lƣới nhỏ nhất. Phƣơng pháp gồm hai giai đoạn:
 Các khóa lần lƣợt đƣợc mở ra cho đến khi lƣới trở thành hình tia, đồng thời
trong quá trình mở khóa, một danh sách các khóa liền kề với khóa đƣợc mở sẽ đƣợc
lƣu lại.
 Trao đổi trạng thái các khóa đƣợc mở với hai khóa liền kề chúng và so sánh
tổng tổn thất trong 2 trƣờng hợp, lựa chọn mở hoàn toàn khóa cho tổn thất công suất
tác dụng nhỏ hơn.
Phƣơng pháp của F.Vanderson Gomes có những ƣu đi m nhƣ : kết quả của
việc tái cấu hình lƣới không phụ thuộc vào trạng thái các khóa trong lƣới ban đầu;
phƣơng pháp cho kết quả lƣới phân phối hình tia tối ƣu đồng thời tránh đƣợc việc
đƣa ra quá nhiều phƣơng án và số lƣợng tính toán lớn trong việc lựa chọn.
2.3.5. Kết luận
Thông qua mô hình bài toán và các phƣơng pháp tái cấu hình lƣới điện phân
phối thƣờng dùng, dễ thấy bài toán tái cấu hình lƣới điện có không gian nghiệm lớn,
số lƣợng bƣớc giải nhiều, đặc biệt là ma trận trạng thái các khóa của lƣới điện lớn.
Do đó, việc giải bài toán xác định cấu hình lƣới điện có tổn thất công suất nhỏ nhất
nên sử dụng phƣơng pháp vừa tìm đƣợc nghiệm tối ƣu vừa có tốc độ giải nhanh.
Các phƣơng pháp trình bày ở mục 2.1 đƣợc tính toán chung với lƣới phân
phối của Brazil trên máy tính PENTIUM IV, 1,6-GHz với RAM 256 Mb. Lƣới bao
gồm 2 nguồn, nguồn thứ 1 cung cấp cho 258 nút phụ tải với tổng công suất tác dụng
là 5140kW, tổng công suất phản kháng là 1949 kVar. Nguồn thứ 2 cung cấp cho
218 nút phụ tải, tổng công suất tác dụng là 3874kW, tổng công suất phản kháng là
1498kVar. Trong trƣờng hợp này, tổn thất lúc ban đầu là 202,09 kW.
25