Điều khiển điện áp mạng phân phối khi có dg

LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------

HUỲNH HẢI PHẬN

ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP MẠNG PHÂN PHỐI KHI CÓ DG

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Mã số

: 605250

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2013

1


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Cơng trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học:............................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1:....................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2:....................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày........tháng........năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ..................................................................
2. ..................................................................
3. ..................................................................
4. ..................................................................
5. ..................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

2


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Huỳnh Hải Phận.......................................... MSHV: 11184076 ...........
Ngày, tháng, năm sinh: 02/10/1988 ........................................... Nơi sinh: Tiền Giang ......
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện .................... Mã số : 605250 ..............

I. TÊN ĐỀ TÀI: Điều khiển điện áp mạng phân phối khi có DG.................................
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Đề xuất và mô phỏng bằng phần mềm Matlab
bài

toán điều khiển điện áp mạng phân phối khi có DG .................................................

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : .....................................................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: .......................................................................
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình ........................................

Tp. HCM, ngày . . 6. . tháng .. 12. . năm 2012....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
(Họ tên và chữ ký)

3

LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả các Thầy, các Cô
trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh và các Thầy, các Cơ khoa
Điện–Điện tử trường Đại học Bách Khoa đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn và
truyền đạt kiến thức lẫn kinh nghiệm hết sức q báu trong suốt thời gian tơi học tập
tại trường.
Đặc biệt, tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cơ PGS.TS Phan Thị Thanh
Bình đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ để tơi có thể hồn thành tốt luận văn này.
Cuối cùng, tơi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến tất cả những người thân,
bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, ủng hộ, giúp đỡ và tạo điều kiện cả về vật chất
lẫn tinh thần trong suốt thời gian tơi học tập và hồn thành luận văn.

Trân trọng!

4


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Máy phát điện phân bố-DG khi nối vào lưới điện có thể dẫn đến nhiều thay

đổi về mặt điện áp trong mạng lưới vì sự thay đổi của dịng cơng suất trong hệ
thống. Đề tài đề xuất phương pháp điều khiển điện áp lưới với sự phối hợp của DG
và OLTC. Xét 2 trường hợp:
 Giữa DG và trạm đầu nguồn khơng có thơng tin liên lạc.
 Giữa DG và trạm đầu nguồn có thơng tin liên lạc.
Kết quả của bài toán được giải quyết dựa trên thuật tốn gen di truyền trong
matlab. Đối với trường hợp có thông tin liên lạc giữa DG và trạm đầu nguồn, ta đưa
kết quả từ bài toán gen để huấn luyện mạng neural nhân tạo trong Matlab. Sau khi
huấn luyện, với mỗi điện áp có được trên trạm sẽ biết được lượng Q cần phát của
mỗi DG.
The distributed generation (DG) connection into the distribution network may
lead to significant changes of voltage on network because of changing power flow
in system. This thesis will propose some approaches to control the voltage for the
network with the coordination between DG and OLTC. The two scenarios are
carried out: one with no communication between DGs and utility, one-with the
communication. The resolving is based on genetic algorithm (GA). For
communication between DGs and utility case, train neural network in matlab from
GA results above. After training finish, with each voltage value at station will have
one Q value of each DG generate to network.

5


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan những kết quả được trình bày trong luận văn là kết quả của
riêng tôi, không sao chép từ bất kì cơng trình nghiên cứu nào khác.

6


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN………………………………………………..………………..1
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ………………………….………………...2
LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………..……….3
MỤC LỤC……………………………………………………………………..4
Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1 Giới thiệu:……………………………………………………………..…..7
1.2 Mục đích nghiên cứu:…………………………………………………...…8
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:…………………………………..…….8
1.4 Phương pháp nghiên cứu: ………………………………………...……….9
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Ảnh hưởng của máy phát phân bố lên hệ thống:………………………...10
2.2 Các vấn đề về điện áp lưới điện khi có DG:…………………………..…11
2.2.1. Vấn đề tăng điện áp lưới điện khi có DG (Distributed Generation)…11
2.2.2 Các vấn đề điện áp gặp phải khi nối lưới DG: ……..……..……...…..13
2.2.2.1 Trạng thái ổn định và sự kiểm soát ngắn mạch: ………………….13
2.2.2.2 Chất lượng điện năng: ………………………………...……...…..13
2.2.2.3 Điều khiển điện áp và cơng suất phản kháng: ……………………….14
Chương 3: BÀI TỐN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP MẠNG PHÂN PHỐI KHI
CÓ DG
3.1. Đặt vấn đề:……………………………………………………………….15
3.2 Điều phối điện áp giữa OLTC và DG khi lưới điện khơng có thơng tin liên

lạc giữa DG và trạm đầu nguồn:…………………………………………..……….16
3.2.1 Đặt vấn đề:……………………………........…………………………16

7


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

3.2.2 Mục tiêu: ………………………………………...…………………....17
3.2.3 Giải thuật toán:………………………………………………………..17
3.3 Điều phối điện áp giữa OLTC và DG khi lưới điện có thơng tin liên lạc
giữa DG và trạm đầu nguồn:………………………………………………….……18
3.3.1. Đặt vấn đề: ……………………………………………...………..…..18
3.3.2. Mục tiêu: …………………………………………………………......19
3.3.3. Giải thuật tốn: ………………………………………….…………...19
a) Khi hệ số cơng suất của các DG phải được giữ là hằng:
b) Khi có thể điều chỉnh cơng suất phản kháng của các DG:
3.4 Áp dụng của thuật toán gen di truyền GA trong bài tốn:………………21
3.4.1 Các điều kiện ràng buộc:………………………………………..….....21
3.4.2 Mã hóa DG trong bài toán:………………………………….…...……22
3.4.3 Hàm mục tiêu (fitness function):……………………………………...23
3.4.4 Một vài yếu tố ảnh hưởng đến kết quả………………………….....…23
3.4.5 Lưu đồ giải thuật:…………………………………….……………….27
3.5 Áp dụng của mạng nơron nhân tạo trong bài toán:…………..……….…28
3.5.1 Giới thiệu về noron nhân tạo:………..………………...………………28
3.5.2 Huấn luyện mạng nơron :………..…………………………...…….….30
3.5.2.1 Tạo mẫu:…………………………………………………………….30
3.5.2.2 Phương pháp học:…………………………………………………..30

3.5.2.3 Một số yếu tố ảnh hưởng đến kết quả mơ phỏng:……............…….30
a. Kích thước mẫu:
b. Hàm truyền:
c. Số nơron lớp ẩn:

8


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

d. Khởi tạo trọng:
e. Số lớp ẩn:
Chương 4: VÍ DỤ ÁP DỤNG
4.1 Mơ hình mạng lưới phân phối:………………………………………...…39
4.2 Kết quả mơ phỏng và nhận xét:…………………………………………..40
4.2.1 Điều phối điện áp giữa OLTC và DG khi lưới điện khơng có thơng tin
liên lạc giữa DG và trạm đầu nguồn:……………………………………………....40
4.2.2 Điều phối điện áp giữa OLTC và DG khi lưới điện có thơng tin liên lạc
giữa DG và trạm đầu nguồn:……………………………………………………....42
4.2.2.1 Khi giữ hệ số công suất của các máy phát là hằng:………… ….42
4.2.2.2 Khi có thể điều chỉnh công suất phản kháng của các DG:……….43
a) Mô phỏng huấn luyện mạng neural nhân tạo bằng matlab:
b) Vài khảo sát ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng:
4.2.3 Nhận xét:……………………………………………………………….48
Chương 5: KẾT LUẬN – KẾT QUẢ - HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1 Các nội dung đã thực hiện được và kết quả:……………………………..49
5.2 Điểm mới của luận văn:……………………………………………….....49
5.3 Hướng phát triển………………………………………………………….50

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………51
PHỤ LỤC…………………………………………………………………….54
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG…………………………………………..57

9


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Chương 1: GIỚI THIỆU
1.1 Giới thiệu:
- Những thay đổi gần đây trong cơ cấu chính của các cơng ty điện lực, cũng

như việc cạn kiệt dần các nguồn năng lượng truyền thống, đã tạo cơ hội cho nhiều
sự đổi mới khoa học kỹ thuật. Nhiều công nghệ tạo năng lượng mới khác nhau
đang được phát triển rộng khắp thế giới. Tiêu biểu cho những cơng nghệ này là
nhiều nguồn phát nhỏ có cơng suất từ 10 KW đến khoảng 10 – 20 MW và được đặt
gần nơi tiêu thụ điện năng. Những máy phát này được gọi là máy phát phân bố.
Những lợi ích mà DG mang lại khi tham gia vào lưới phân phối bao gồm lợi ích kỹ
thuật và lợi ích kinh tế.
- Giải pháp dùng các máy phát điện phân bố (DG) kết nối với mạng lưới là
một xu hướng phát triển đang được quan tâm. Tuy nhiên khi có sự hiện diện của
DG trên lưới sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc và sự vận hành lưới điện như
dưới đây:
 Tăng cường dịng ngắn mạch, vì vậy nó có thể vượt quá khả năng cắt của
các thiết bị bảo vệ.
 Làm giảm đi khả năng phát hiện sự cố của mạng lưới: phụ thuộc vào vị trí
xảy ra sự cố và khả năng phát hiện của rơle có thể bị vi phạm.

 DG có thể gây ra dịng chảy cơng suất ngược lên mạng lưới, vì vậy điện áp
các nút trong mạng lưới sẽ tăng lên.
 DG trong một vài trường hợp có thể làm giảm đi sự ổn định trong mạng
lưới.
 Nếu sự thâm nhập của DG là lớn, trong một vài trường hợp sự cố, độ tin cậy
của hệ thống có thể bị xấu hơn so với khi khơng có DG.
- Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất của một hệ thống phân phối là
duy trì điện áp cung cấp cho khách hàng trong khoảng giới hạn cho phép dưới bất kì
hồn cảnh tải nào. Những sai sót trong đáp ứng có thể dẫn tới hậu quả vận hành sai

10


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

hoặc phá hỏng thiết bị của khách hàng. Dao động điện áp xuất hiện trong mạng lưới
là kết quả tất yếu của việc thay đổi tải liên tục theo yêu cầu của khách hàng theo
từng thời điểm khác nhau trong ngày. Để giữ những dao động đó nằm trong giới
hạn qui định thì phương pháp gián tiếp với DG, tụ kháng, tụ bù, thiết bị tĩnh, … và
phương pháp trực tiếp với OLTC được áp dụng
- Trong nội dung luận văn này, nhiệm vụ điều khiển điện áp được thực hiện
bởi OLTC liên kết với DG, DG được chọn ở đây như là thiết bị điều chỉnh điện áp
với nhiều lợi ích như: hỗ trợ điện áp, giảm tổn thất năng lượng trên đường dây, cải
thiện độ tin cậy và an toàn cung cấp điện. Tuy nhiên, có một vấn đề phát sinh trong
hệ thống điều khiển điện áp theo cách này, đó là khả năng vận hành quá mức của
OLTC và/hoặc DG. Điều này có thể diễn ra do sự khơng tương thích của phương
pháp điều khiển điện áp hoặc phối hợp thiếu hợp lý giữa hai thiết bị trong sự vận
hành tuần tự của chúng. Những thao tác không cần thiết của OLTC có thể gây ra

hao mịn cho chính nó.
1.2 Mục đích nghiên cứu:
- Mục đích của luận văn này là xây dựng một phương pháp điều khiển điện áp
thích hợp, thích nghi với nhiều hồn cảnh khác nhau của mạng điện phân phối với
những thành phần cơ bản (OLTC và DG) và áp dụng tốt cho mạng điện phân phối ở
Việt Nam.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Các đối tượng và phạm vi nghiên cứu bao gồm:
 Các vấn đề điện áp khi có DG.
 Điều phối điện áp giữa OLTC và các DG.
 Dùng thuật toán gen di truyền (Genetic Algorithms – GA) trong Matlab để
phối hợp OLTC và DG phát công suất thực và kháng sao cho mạng lưới thỏa các
điều kiện và tối ưu nhất.

11


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

 Đưa kết quả từ bài toán gen trên để huấn luyện mạng neural nhân tạo
trong Matlab. Sau khi huấn luyện, với mỗi điện áp có được trên trạm sẽ biết
được lượng Q cần phát của mỗi DG.
1.4 Phương pháp nghiên cứu:
-

Tìm hiểu sự ảnh hưởng của DG đến mạng điện phân phối khi nối lưới.

-

Áp dụng chương trình Power Flow theo thuật tốn Newton – Ralphson để

tính các thơng số mạng lưới khi vận hành (điện áp, các tổn thất trên đường dây).
-

Lập trình Matlab, cũng như dùng thuật tốn gen di truyền (Genetic

Algorithms – GA) và mạng Neural có trong Matlab để giải quyết bài toán.

12


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Ảnh hưởng của máy phát phân bố lên hệ thống:
- Máy phát phân bố ngoài nhiều ưu điểm như làm tăng độ tin cậy của hệ
thống, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do hạn chế sử dụng các nguồn năng lượng
hóa thạch, tuy nhiên nó vẫn có một số ảnh hưởng không tốt đối với hệ thống:
- Hệ thống điện tập trung, công suất được xem là vô cùng lớn nên khi xảy ra
các nhiễu trong hệ thống thì bản thân hệ thống có thể tự phục hồi. Đối với hệ thống
có quá nhiều máy phát phân bố thì khi có xảy ra nhiễu loạn có thể dẫn đến mất ổn
định vì hệ thống yếu.
- Máy phát phân bố được nối vào hệ thống, khi có xảy ra sự cố, ngồi dịng sự
cố từ nguồn cịn có dịng từ máy phát phân bố điều này có thể dẫn đến sự khó khăn
trong việc tính tốn bố trí các máy cắt, recloser cũng như có thể gây ra sự tác động

sai của bảo vệ rơle. Mặt khác, công suất của các máy phát phân bố không ổn định
mà thay đổi theo yêu cầu của tải, điều này càng gây khó khăn hơn trong chỉnh định
rơle.
- Tùy thuộc vào cấu trúc của lưới điện mà sự ảnh hưởng của DG là khác nhau:
 Thứ nhất lưới điện phân phối bị giới hạn bởi những ràng buộc về ổn
định điện áp và khả năng tải của đường dây , thiết bị.
 Thứ hai là do các tiêu chuẩn cơ bản cho phép kết nối vào lưới điện phân
phối (tiêu chuẩn về cấp điện áp , tần số,…) bị ảnh hưởng bởi kỹ thuật
và công nghệ chế tạo DG.
- Khi số lượng DG tham gia nhiều trong lưới điện sẽ có thể nâng cao chất
lượng điện áp vận hành , cung cấp điện áp hỗ trợ trong suốt quá trình sự cố để cải
thiện độ võng điện áp trên đường dây . Hơn nữa DG nâng cao được độ tin cậy cấp
điện rõ rệt khi một máy phát dự phòng khởi động chỉ trong vòng 2 phút .

13


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

- Tuy nhiên, một số vấn đề khác có thể nảy sinh như sau:
 Gây ra sự gia tăng độ lớn toàn bộ các dòng điện chảy trong mạng,
điều này dẫn đến những phần tử trong mạng sẽ gần đạt đến giới hạn
nhiệt độ của chúng.
 Gây ra các dao động điện áp, độ võng điện áp và điện áp bước có giá
trị lớn trên lưới điện trong suốt quá trình vận hành, khởi động hay
dừng do sự cố của DG.
 Tạo ra sự méo dạng sóng hài trên lưới điện do các bộ biến đổi điện tử
công suất hiện đại giao tiếp với lưới điện.

 Làm tăng mức độ dòng sự cố do tổng trở sự cố bị giảm khi DG mắc
song song với lưới điện.
 Rơle của máy cắt bảo vệ đường dây khơng đo lường đúng dịng sự cố
thực.
 Phạm vi hoạt động của Rơle tổng trở bị giảm.
 Dòng chảy cơng suất trên lưới thay đổi hướng của nó so với ban đầu
nếu công suất phát của nguồn phát lớn hơn cơng suất phụ tải cục bộ
tại nơi nó gắn vào.
 Việc cắt không cần thiết đối với DG do ảnh hưởng của những sự cố
ngắn mạch trên đường dây liền kề.
2.2 Các vấn đề về điện áp lưới điện khi có DG:
2.2.1. Vấn đề tăng điện áp lưới điện khi có DG (Distributed Generation) :
- Giải pháp DG trong lưới phân phối nhằm cải thiện, tối ưu hệ thống điện.
Song khi lượng công suất bơm vào vượt mức giới hạn nào đó sẽ dẫn đến vấn đề quá
áp trên hệ thống. Ta xét một mơ hình đơn giản sau để khảo sát hiệu ứng của DG lên
lưới:

14


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Hình 2.1: Sơ đồ lưới điện đơn giản có kết nối DG
- Trên hình, có V là điện áp thanh cái gởi ở đầu cuối, Z=(R+jX) là tổng
S

trở đường dây, V là điện áp tại thanh cái của tải
L

- Khi đó, độ chênh lệch điện áp giữa V và V được viết thành:
S

L

 P jQ 

V  V  (R  jX) 
 V 
S
L
 L 

Trong đó: P=-P +P , Q=  Q +Q
G

G

L

L

(2.1)

và xem V là điện áp định mức với
L

góc pha bằng 0. Khi đó (2.1) trở thành:
V V 

S
L

RP  XQ XP  RQ
j
V
V
L
L

(2.2)

- Đối với đường dây trên không, giá trị điện trở R gần bằng với giá trị




XP  RQ 
điện kháng X và có phần ảo  j
thường nhỏ. Do phần thực trong công thức



V
L




(2.2) lớn hơn phần ảo nên ta chỉ xét đến phần thực. Khi đó, (2.2) trở thành:

V V 
L
S

RP  XQ
V
L

(2.3)

- Trong một mạng lưới mang tải nhẹ thì tải có giá trị P và Q có giá trị
L

L

nhỏ. Cơng suất phản kháng do DG bơm lên lưới có thể được điều khiển bằng kích
từ máy phát đồng bộ hoặc sử dụng bù phản kháng bên ngoài để giữ Q

15

DG

 0 . Nếu


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

dịng từ máy phát gần với hệ số cơng suất, máy phát có Q

DG

 0 và giá trị tải P ,
L

Q coi như bỏ qua thì P=-P , Q  0. Khi đó, độ tăng điện áp trên lưới là:
G
L

RP
G
V V 
L
S
V
L

(2.4)

Biểu thức (2.4) đã chứng tỏ rằng VL > VS vì lượng cơng suất thực đã bơm vào
lưới. Từ đó ta có thể tính lượng cơng suất cực đại có thể bơm vào lưới bằng cách
giảm điện áp VS xuống mức giới hạn nhỏ nhất mà đầu phân áp của OLTC có thể
điều khiển được.
2.2.2 Các vấn đề điện áp gặp phải khi nối lưới DG:
2.2.2.1 Trạng thái ổn định và sự kiểm soát ngắn mạch:
- Khi một DG được nối tới lưới phân phối thì phụ thuộc vào vị trí kết nối,
công suất lắp đặt của DG và năng lượng từ nó tạo ra có thể làm tăng dịng điện chạy
trên lưới. Ngồi ra, khi mạng điện bị sự cố thì các DG sẽ đóng góp thêm vào dịng
điện sự cố làm dịng điện này tăng lên đáng kể. Chính vì vậy, các DG sẽ ảnh hưởng

tới trạng thái ổn định của hệ thống và làm cho việc kiểm soát ngắn mạch trở nên
khó khăn hơn. Điều này cịn tùy thuộc vào công nghệ sử dụng và đặc biệt là hệ
thống kết nối được sử dụng (ví dụ như: động cơ được kết nối trực tiếp với động cơ
hay kết nối thông qua bộ biến đổi công suất).
2.2.2.2 Chất lượng điện năng:
- Tùy thuộc vào mức độ đóng góp năng lượng của các DG vào mạng lưới
phân phối và công nghệ được sử dụng cho quá trình biến đổi năng lượng mà chất
lượng cung cấp điện của mạng lưới phân phối có thể bị ảnh hưởng.
- Sự giảm sút chất lượng điện năng cung cấp có thể ảnh hưởng đến việc đấu
nối của các lưới sử dụng (lấy điện từ mạng phân phối) và cản trở bộ phận quản lí
điều khiển mạng lưới điều khiển phân phối đạt được các mục tiêu mong muốn. Tác
động của hiện tượng này phụ thuộc rất lớn vào năng lượng ngắn mạch có tại điểm
kết nối của các DG và do đó trên các đường dây “yếu” thì số lượng các DG kết nối

16


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

vào lưới có thể bị hạn chế. Tác động cũng phụ thuộc vào công nghệ được sử dụng,
đặc biệt là cho việc kết nối với mạng đường dây. Ví dụ như hệ thống kết nối sử
dụng một giao diện điện tử có thể giúp để giới hạn hoặc ngăn ngừa sự nhấp nháy,
dao động điện áp nhưng nó cũng có thể mang một số rủi ro do việc nhiễm các song
hài.
2.2.2.3 Điều khiển điện áp và công suất phản kháng:
- Việc kết nối một DG vào mạng lưới phân phối sẽ kéo theo những thay
đổi về điện áp trên lưới do sự thay đổi dịng cơng suất tác dụng và cơng suất phản
kháng trong lưới. Một cách tổng quát thì điện áp sẽ tăng lên tại điểm kết nối và các

lộ đường dây ra, điều này kéo theo sẽ có những thay đổi về điện áp tại các điểm
khác trên lưới. Chính vì vậy, việc điều khiển điện áp và công suất phản kháng trên
lưới là một vấn đề quan trọng của bộ phận điều hành mạng lưới phân phối (DNO –
Distribution Network Operator) và dẫn đến một loạt các yêu cầu liên quan của các
DG trong q trình này.
- Với cơng suất của các DG càng lớn thì tác động của nó lên mạng
đường dây sẽ càng lớn và khả năng đóng góp vào việc điều khiển điện áp sẽ nhiều
hơn. Kết quả là các nguồn điện phân bố lớn về mặt tổng qt phải được u cầu
những đóng góp mang tính phức tạp hơn là các nguồn phát nhỏ.

17


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Chương 3: BÀI TỐN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP MẠNG PHÂN PHỐI KHI CĨ
DG

3.1. Đặt vấn đề:
- Bài toán điều khiển điện áp khi có DG là bài tốn được quan tâm gần đây.
Việc bơm DG vào lưới điện làm bài toán điều chỉnh điện áp truyền thống trên lưới
phân phối khơng cịn hiệu quả. Trên thực tế việc phối hợp điều khiển điện áp trên
lưới phân phối khi có DG cịn phụ thuộc vào mức độ thông tin trao đổi giữa DG và
công ty điện. Nếu với các DG khơng có sự trao đổi thông tin nào giữa DG và điện
lực, vấn đề đơn giản như xác định điện áp cài đặt phía thứ cấp của các trạm phân
phối (220kV/trung thế, 110kV/trung thế) lại trở nên không dễ dàng. Nhiều công ty
điện lực trên thế giới không cho các DG phát Q, không được tham gia vào điều
chỉnh điện áp

- Với sự trao đổi thông tin về công suất phát của DG, công ty điện có thể dễ
dàng tính tốn và cài đặt lại trị điện áp mong muốn phía thứ cấp của trạm phân phối.
Trong [9] tính tốn tối ưu điện áp đầu ra khi có 1 DG bơm vào lưới (mục tiêu-số lần
thao tác đầu phân áp ít nhất). Khi có sự trao đổi thông tin giữa công ty điện và các
DG sẽ có sự tận dụng đầu phân áp và khả năng phát Q cho việc điều khiển điện áp.
[14] đề xuất cách tiếp cận hợp lý hóa hàm mục tiêu : min số lần thao tác OLTC và
số lần thay đổi công suất Q phát từ DG. Với các OLTC đi kèm rơle AVR , [13]
tránh các tác động OLTC nhiều lần bằng cách đưa bộ ANN control hay tối ưu trị cài
đặt điện áp thứ cấp. [16], [15] đề xuất thay đổi trị cài đặt phía thứ cấp máy biến áp
(điện áp mong muốn). Các sơ đồ mạng điện trong các bài báo này chỉ gồm một
đường dây duy nhất có gắn tải tại một chỗ và có 1 DG bơm vào đường dây.
- [11] đề xuất ý tưởng điều khiển điện áp cho mạng điện lý tưởng (một tải, 1
DG) bằng cách phân chia miền điều khiển: từ trạm phân phối tới một nút nào đó sẽ
thuộc vùng điều khiển của OLTC trên trạm này, phần còn lại sẽ thuộc DG. Tuy
nhiên với mạng điện có 2 DG trở lên, hay mạng điện có nhiều đường dây phân phối
xuất phát từ trạm phân phối thì ý tưởng này không thể áp dụng được.

18


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

- Trong điều kiện lưới điện của Việt Nam, các thao tác trên OLTC hầu hết
được thực hiện bằng tay. Việc tự động điều chỉnh trị cài đặt Vref (điện áp thanh cái
thứ cấp của biến thế có OLTC) và thay đổi thường xun là điều khơng thể vì cịn
chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:
 Điều chỉnh bằng tay sẽ hạn chế việc điều chỉnh đầu phân áp
 Số lần thao tác đầu phân áp ảnh hưởng đến tuổi thọ của OLTC

 Công suất phát của các DG trên lưới không thể xác định được chính
xác và cịn phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên
- Đề tài đề xuất cách tiếp cận sau phù hợp với điều kiện ở ta:
 Trường hợp 1: Khơng có liên lạc giữa cơng suất phát DG trên lưới.
Trường hợp này DG sẽ không được phát Q lên lưới.
 Trường hợp 2: Có liên lạc qua lại giữa DG trên lưới và trạm đầu
nguồn. Tuy nhiên sẽ có 2 kịch bản là:
 DG chỉ được phát Q theo hệ số cơng suất cho trước
 DG có thể phát Q theo các trị do điện lực yêu cầu
3.2 Điều phối điện áp giữa OLTC và DG khi lưới điện khơng có thơng tin liên
lạc giữa DG và trạm đầu nguồn:
3.2.1 Đặt vấn đề:
Nếu với các DG không có sự trao đổi thơng tin nào giữa DG và điện lực, vấn
đề đơn giản như xác định điện áp cài đặt phía thứ cấp của các trạm phân phối
(220/trung thế, 110kV/trung thế) lại trở nên không dễ dàng. Lý do là các trị điện áp
thường mặc nhiên được cài đặt ở thanh cái trung thế như: 1.05 Uđm khi tải max,Uđm
khi tải min lại không thể đáp ứng điện áp mong muốn tại các nút tải do các khả
năng phát khác nhau của DG phụ thuộc vào yếu tố tự nhiên như gió hay mặt trời.
Trường hợp này DG sẽ không được phát Q lên lưới.

19


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

3.2.2 Mục tiêu:
- Đề tài tập trung vào đi tìm số trị điện áp mong muốn tối thiểu (trị cài đặt)
phía thứ cấp biến thế có OLTC đáp ứng tất cả các giá trị cơng suất phát có thể có

của các DG, tất cả các chế độ vận hành của các tải và cho một cấu hình lưới điện
lưới phân phối bất kỳ( nhiều nhánh ra từ thanh cái thứ cấp biến thế có OLTC, DG
với số lượng bất kỳ và chủng loại bất kỳ).
- Ở đây, ta sẽ tìm khoảng giá trị nhỏ nhất của V

ref

(điện áp cài đặt mong muốn

phía thứ cấp biến thế có OLTC) trong mỗi giờ để mạng lưới vận hành bình thường.
Sau đó sẽ phân vùng làm việc cho OLTC để chọn giá trị tối ưu nhất.
3.2.3 Giải thuật tốn:
- Ở một giờ thứ i có thể rơi vào một trong 2 tình huống:

Vs
DG

 Khi tổng cơng suất phát lớn nhất của DG trên nhánh có thể lớn hơn
tổng cơng suất tải trên nhánh đó: Khi khơng có DG, giá trị V

min

tại

múi giờ thứ i (i=1  24 giờ) là giá trị nhỏ nhất có thể chấp nhận được
của điện áp đầu ra máy biến áp để giữ điện áp tại mọi nút tải trong
mạng lưới nằm trong khoảng cho phép (VD:0,95  1,05 p.u). Khi DG
phát cơng suất tối đa, cơng suất có thể đổ về phía nguồn. Do đó trị
nhỏ nhất của điện áp Vs chấp nhận được sẽ lớn hơn Vmin và ta gọi là
Vmax. Như vậy nếu điện áp Vs được chọn trong khoảng này thì điện áp

tồn bộ lưới trung thế sẽ thỏa mức yêu cầu.
 Khi tổng công suất phát lớn nhất của DG trên nhánh có thể nhỏ hơn
tổng cơng suất tải trên nhánh đó : Khi khơng có DG, giá trị điện áp
nhỏ nhất của Vs (gọi là Vmin) cần thiết sao cho điện áp tại mọi nút tải
trong mạng lưới nằm trong khoảng cho phép (VD:0,95  1,05 p.u).

20


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Khi DG phát công suất tối đa, mức điện áp trong các nút có thể được
cải thiện, do đó trị nhỏ nhất của điện áp Vs (vẫn cho phép duy trì điện
áp trong lưới ở mức chấp nhận) sẽ là Vmin nêu trên. Như vậy điện áp
Vs phải được chọn từ Vmin đến mức cho phép lớn nhất (được gọi là
Vmax) (VD 1.05Uđm).
- Sau khi có được 24 cặp giá trị [Vmin;Vmax] ( 24 tập giá trị) tương ứng với
24h trong ngày, sắp xếp số cặp lần lượt theo thứ tự thời gian và tìm giao của các tập
này theo ưu tiên là một tập giao sẽ tương ứng với số giờ liên tục nhau. Tiếp theo là
giao các tập giao này sẽ cho ra tập tương ứng với các phân đoạn thời gian khác nhau
trong ngày. Số tập giao cuối cùng sẽ là số giá trị Vref cần cài đặt theo thời gian.
Mỗi giá trị Vref tương ứng với 1 nấc n của bộ chuyển nấc OLTC (để kéo dài tuổi
thọ OLTC, số lần chuyển nấc trong mỗi ngày không nên vượt quá 3 lần).

Hình 3.1: Phân vùng điều khiển 24 giờ của OLTC
3.3 Điều phối điện áp giữa OLTC và DG khi lưới điện có thơng tin liên lạc giữa
DG và trạm đầu nguồn:
3.3.1. Đặt vấn đề:

Khi có sự kết nối truyền thông tin giữa các DG với điện lực, tức DG có sự
thơng báo về cơng suất phát ở từng thời điểm (P,Q), công việc điều chỉnh điện áp sẽ
được san sẻ giữa OLTC và DG.

21


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

3.3.2. Mục tiêu:
Mục tiêu của phương pháp này là tìm lượng cơng suất phản kháng của mỗi
DG để phát lên lưới sao cho giữ nấc OLTC vẫn ở vị trí cố định trong bất kỳ hồn
cảnh tải nào.
3.3.3. Giải thuật tốn:
Như trên đã đề cập, có 2 tình huống sẽ được xem xét:
a) Khi hệ số công suất của các DG phải được giữ là hằng:
- Như vậy ứng với mỗi công suất thực của các DG, lượng công suất Q phát ra
từ chúng là đã cho, việc duy trì điện áp phía thứ cấp của biến thế có OLTC sẽ được
thực thi nhờ các đầu phân áp và tụ điện có trên trạm phân phối cao/trung thế (phía
trung thế). Việc cơng suất qua máy biến thế thay đổi không những do các phụ tải
mà cịn do sự phụ thuộc cơng suất phát của cá DG như gió hay mặt trời. Do việc
điều chỉnh đầu phân áp còn thực hiện bằng tay ở nước ta, ưu tiên giữ đầu phân áp
đã cho là một điều tương đối mặc định. Vậy bài toán trở thành đi tìm lượng cơng
suất cần bơm vào hay giảm bớt đi từ việc đóng cắt các bộ tụ trên trạm.
- Mối quan hệ giữa V1 và V2 trên trạm phân phối (hình 2):
V1=(V2+(P*RT+(Q-Qc)*XT)/V2

(3.1)

- Với RT và XT là điện trở và cảm kháng của biến thế; P,Q là công suất phía
thứ cấp biến thế.
V1

V2
P,Q
Hình 3.1

- Nếu V2 = Vs≠V2ref, khi giữ nguyên đầu phân áp, cần bù một lượng cơng suất
Qc phía thứ cấp biến thế. Ở đây coi như V1 là hằng, lượng công suất này được dễ
dàng xác định từ (3.1). Từ lượng Qc này, ta trừ đi tổng QDG phát lên lưới của các
DG chính là giá trị cần đóng cắt của các bộ tụ.

22


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

b) Khi có thể điều chỉnh công suất phản kháng của các DG:
- Từ (3.1) tìm được lượng cơng suất tổng Qc cần phát từ các DG.
- Nếu mạng điện phân phối có nhiều vị trí gắn DG có thể phát Q lên lưới, với
một giá trị QDG sẽ có vơ số phương án phát Q. Khi ấy phương án nào có tổn thất
công suất trong lưới phân phối nhỏ hơn cả sẽ là hợp lý nhất, vì khi đó có thể coi như
sự thay đổi của P tại phía thứ cấp biến thế (tức nút 2) là không đáng kể.
- Lưu ý là các máy phát có thể phát Q lên lưới sẽ có ràng buộc về khả năng
phát:
QDG i min<=QDG i<=QDG i max

(3.2)

- Các giá trị giới hạn khả năng phát theo Q thay đổi theo chế độ vận hành của
DG. Bài toán trở thành:

min P

(3.3)

QDGmini  QDGi  QDGmaxi

(3.4)

V2  V2ref   |

(3.5)

Vmini  Vi  Vmaxi

(3.6)

n

Q
i 1

DG i

 Qc

(3.7)

- (3.3)-(3.7) được giải bằng giải thuật gen. Kết quả sẽ là giá trị QDG cần phát
của mỗi DG. Nếu khơng tìm được lời giải, điều này có nghĩa là cần thay đổi đầu
phân áp.
- Tuy nhiên thuật toán gen di truyền sẽ cho thời gian tìm lời giải tương đối lâu.
Ý tưởng xây dựng phương pháp điều khiển theo mơ hình huấn luyện mạng neuron
với ưu điểm về tốc độ xử lý và khả năng học có giám sát được áp dụng. Từ các thay
đổi về công suất phát của DG hay nhu cầu trên tải, thông tin sẽ được truyền về bộ
xử lý đầu nguồn. Sau khi tham khảo từ mạng neuron, giá trị quy định công suất

23


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

kháng Q_DG được truyền cho các DG để phát lên lưới lượng công suất phù hợp.
Thời gian đáp ứng là tức thời.
Dữ liệu của mạng neuron là các input và output như sau:
 Input:
o Điện áp ở phía thứ cấp máy biến áp (vị trí tap n của OLTC)
o Tổng cơng suất P và Q đo được phía thứ cấp (lượng P và Q cần để
phân phối lên lưới)
o Tổ hợp công suất P mà các DG phát lên lưới.
 Output:
o Tổ hợp phát QDG của các DG cần tìm là tổ hợp có tổn thất cơng suất
bé nhất.

Hình 3.2: Mơ hình mạng nơ ron
3.4 Áp dụng của thuật toán gen di truyền GA trong bài toán:
3.4.1 Các điều kiện ràng buộc:
- Như đã trình bày ở trên, các ràng buộc được xét cho bài tốn gen như sau:
 Tổng cơng suất phản kháng cần phát của các DG bằng Qc hoặc sai số
epsilon
 Giới hạn khả năng phát Q của mỗi DG nằm trong khoảng cho phép
[QDGmin QDGmax]
 Điện áp tại tất cả các nút trong mạng phải nằm trong khoảng cho phép
[0.95 1.05]

24


LV Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

 Sai số giữa điện áp phía thứ cấp máy biến áp và trị cài đặt mong muốn phải
nhỏ hơn epsilon
 Tổn hao công suất trong mạng là thấp nhất
- Khi một ràng buộc trong bị vi phạm, thì ngay lập tức giá trị thích nghi của cá
thể đó bằng 1.
3.4.2 Mã hóa DG trong bài toán:
Giải thuật di truyền là một tiến trình nghiên cứu đánh giá một quần thể với
một tập lớn các cá thể (cũng chính là nghiệm của bài tốn tối ưu đang khảo sát, tức
là lượng cơng suất phản kháng của các DG cần phát lên lưới). Trong đó, mỗi cá thể
tương ứng với một chuỗi các gen khác nhau và có thể được mã hóa thành nhiều
dạng khác nhau. Ở đây, chọn kiểu mã hóa các cá thể thành chuỗi các bit nhị phân (0

và 1).
Xét bài tốn với 3 DG có thể phát Q lên lưới. Với mỗi DG phát lên lưới, ta có
khoảng cơng suất [Qmin Qmax ] có thể phát của từng DG. Chia [Qmin Qmax] của
mỗi DG thành n giá trị cách đều nhau với n  2 k  1 , trong đó k là số bit (0 hoặc 1)
của mỗi DG. Ta thành lập chuỗi bit X=[1,1,0,0,0,.......,0] (có 3k bit). Trong đó, k bit
đầu ứng với Qdg thứ nhất, k bit kế ứng với Qdg tiếp theo, k bit sau cùng ứng với
Qdg sau cùng (với giá trị bit 0,0,0,...,0 ứng với Qmin và 1,1,1,......,1,1,1,1 ứng với
Qmax của mỗi DG). Từ lượng cơng suất phản kháng Qc cần bù được tính ở trên, ta
dùng giải thuật gen di truyền, thuật toán gen di truyền sẽ tự động lai tạo các bit với
nhau để tìm ra chuỗi bit tối ưu nhất mà tổng công suất phát của tất cả các DG bằng
Qc (hoặc có sai số epsilon) sao cho mạng lưới vẫn thỏa mãn được các yêu cầu và có
tổn hao là thấp nhất.

25