Tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến ảnh hưởng của tụ bù

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------

NGUYỄN TRỌNG MINH

TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT
ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA TỤ BÙ
Chuyên ngành : Thiết Bị Mạng và Nhà Máy Điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng………năm………


CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trương Việt Anh

TS. Trương Việt Anh
Cán bộ chấm nhận xét 1: ....................................................................................

.......................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: ...................................................................................

.......................................
Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …….. tháng …….năm 2007.

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

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NHGĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
----------Tp.HCM, ngày ………tháng………năm………

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên : Nguyễn Trọng Minh

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh :08/03/79

Nơi sinh: Bến Tre

Chuyên ngành : Thiết Bị Mạng và Nhà Máy Điện
Khóa (Năm trúng tuyển) : K15
MSHV : 01804493
1. TÊN ĐỀ TÀI : Tái Cấu Trúc Lưới Điện Phân Phối Có Xét Đến nh Hưởng Của Tụ
Bù
2. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN :
1. Xây dựng hàm toán học mô tả tổn thất công suất giảm do tái cấu trúc lưới có
xét đến ảnh hưởng của tụ bù trên lưới và khảo sát tính chất của hàm số này.
2. Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng có xét
đến tụ bù.
3. Kiểm tra kết quả đạt được trên các ví dụ mẫu và ứng dụng vào lưới điện phân
phối tỉnh Bến Tre.
3. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 5-2-2006

4. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5-7-2007
5. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

TS. TRƯƠNG VIỆT ANH


Lời Cám Ơn!
Em xin chân thành cảm ơn qúi thầy cô trường Đại Học Bách Khoa
đã tận tình dạy bảo em trong suốt hai năm học.
Với tất cả lòng biết ơn….
Em xin nói lời cám ơn chân thành đến thầy Trương Việt Anh đã dành
nhiều thời gian q báo tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong suốt
thời gian thực hiện luận văn.
Với tất cả lòng biết ơn chân thành….
Chân thành cảm ơn cha, mẹ, ban bè, đồng nghiệp những người đã
động viên, ủng hộ, tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thế hoàn thành
khóa học.
Với tất cả lòng biết ơn….


TÓM TẮT LUẬN VĂN
- Luận văn giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến ảnh
hưởng của tụ bù, đưa ra được công thức tường minh về sự ảnh hưởng của tụ trong
bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối.
- Giá trị công suất bơm vào/rút ra (hay giá trị chuyển tải) tại khóa mở MNj
để tổn thất công suất tác dụng là nhỏ nhất :

∑ Aih ∑ Qbuαi Ri

Qh = Qhtruockhibu +

∑

Ph = −

i∈Vhh
i ≠ MN

i∈Vhh
i ≠ MN

Aih Pi Ri +

; Qhtruockhibu = −

Rloop

∑

i∈Vhh
i ≠ MN

∑

i∈Vhh
i ≠ MN

Aih Qi Ri +

∑

i∈Vhh
i ≠ MN

k

( Aih ∑ Aij Q j Ri )
j =1
j ≠h

Rloop

k

( Aih ∑ Aij Pj Ri )

Rloop

j =1
j ≠h

= Phtruockhibu

Phtruockhibu, Qhtruockhibu là dòng công suất bơm vào/rút ra tại khóa mở MN ở vòng
thứ h trong trường hợp tái cấu trúc lưới không quan tâm đến tụ bù để ∆P là bé
nhất. Ph, Qh là dòng công suất bơm vào rút ra tại khóa mở MN ở vòng thứ h để

∆P là bé nhất trong trường hợp có quan tâm đến tụ bù khi tái cấu trúc lưới điện
phân phối.
- Dòng công suất bơm vào/rút ra Pj, Qj tại khóa mở MNj khi tái cấu trúc
lưới phân phối có xét đến tụ cũng là dòng công suất chạy qua khóa mở MNj khi
giải bài toán phân bố công suất mạch kín có xét đến ảnh hưởng của tụ.

∑ A ∑Q

- Lượng thay đổi khi xét đến tụ trong tái cấu trúc là :

i∈Vhh
i ≠ MN

ih

Rloop

buαi

Ri

giá

trị này nhỏ so với Phtruockhibu + Qhtruockhibu. Vì vậy sự ảnh hưởng của tụ bù trong bài
toán tái cấu trúc lưới điện phân phối là nhỏ không đáng kể, chúng ta có thể bỏ
qua tụ trong khi tái cấu trúc lưới điện phân phối, kết luận này giống với kết luận
của R.E.Lee và C.L.Brooks [18]đã đưa ra.


MỤC LỤC

CHƯƠNG 0 :

Giới thiệu luận văn.

I.

Đặt vấn đề ________________________________________________ 1

II.

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ____________________________ 4
1. Mục tiêu _______________________________________________ 4
2. Nhiệm vụ _______________________________________________ 4

III. Phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu _________________ 4
IV. Điểm mới của luận án _______________________________________ 4
V.

Bố cục của luận văn

CHƯƠNG I :
I.

_______________________________________ 5

Giới thiệu tổng quát.

Giới thiệu ________________________________________________ 6
1. Đặc điểm của lưới phân phối _______________________________ 6
2. Các bài toán tái cấu trúc lưới ở góc độ vận hành

______________ 7

3. Các nghiên cứu trước đây _________________________________ 8
3.1 Các nghiên cứu giải bài toán 1, 2, 4, 5, 6 _____________________ 8
3.2 Các nghiên cứu giải bài toán 3 _____________________________ 8
3.2.1 Giải thuật heuristic kết hợp giải thuật tối ưu _____________ 8
a. Giải thuật của Merlin và Back __________________________ 9
b. Các giải thuật khác ___________________________________ 10
3.2.2 Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics _____________ 10
a. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự ___________________ 11
b. Một số giải thuật khác ________________________________ 12
3.2.3 Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo ________________ 13
3.3 Nghiên cứu có quan tâm đến tụ bù trong tái cấu trúc lưới _________ 13
4. Kêết luận

_______________________________________________ 14


CHƯƠNG II : Cơ Sở Toán Học.
I.

Các qui ước _______________________________________________ 15
1. Các qui ước của lưới phân phối tổng quát ______________________ 15
2. Mô tả toán học ___________________________________________ 16

II

Xây dựng bài toán _________________________________________ 17
1. Tính toán cho mạng một vòng _______________________________ 17

1.1

Tụ đặt sau khóa mở MN ________________________________ 17

1.2

Trường hợp tụ đặt ở trước khóa mở MN ____________________ 19

1.3

Trường hợp có nhiều tụ trong mạng 1 vòng _________________ 21

1.4

Tính chất ____________________________________________ 23

2. Tính toán cho mạng điện phức tạp có nhiều vòng________________ 25
2.1

Xây dựng công thức mạng phức tạp nhiều vòng và nhiều tụ ___ 25

2.2

Xây dựng công thức tính toán các giá trị Pj, Qj ______________ 25

2.3

Hàm độ lệch suất tăng tổn thất công suất tác dụng F _________ 28

2.4

Tính chất ____________________________________________ 29

CHƯƠNG III : Xây dựng giải thuật và kiểm chứng trên ví dụ mẫu
I.

Xây dựng giải thuật _________________________________________ 31
1. Đánh giá các thông số của hàm F ____________________________ 31
2. Xác định dòng công suất nhánh trên mạch kín _________________ 31
2.1

Bằng cách giải bài toán phân bố công suất trên mạch kín ______ 31

2.2

Bằng cách sử dụng công suất bơm vào và rút ra _____________ 32

3. Trình tự giảm hàm F _______________________________________ 32
3.1

Điều kiện đảm bảo lưới điện có cấu trúc hình tia ____________ 33

3.2

Điều kiện giảm hàm F __________________________________ 33

4. Lưu đồ giải thuật _________________________________________ 34


II.

Tính toán một vài ví dụ kiểm chứng ____________________________ 35
1. Mạng một vòng __________________________________________ 35
2. Tính toán kiểm chứng một vài ví dụ cho mạng nhiều vòng ________ 43

CHƯƠNG IV : Áp dụng tính toán cho lưới điện thực tế ở Điện Lực Bến Tre.
1.

Giới thiệu về Bến Tre _______________________________________ 51

2.

Giới thiệu về lưới điện Bến Tre ________________________________ 51

3.

Tái cấu trúc lưới điện Bến Tre ________________________________ 53

CHƯƠNG V : Kết Luận. _______________________________________ 59
PHỤ LỤC.
1.

Phụ lục 1 _________________________________________________ 60

2.

Phụ lục 2 _________________________________________________ 63

TÀI LI ỆU THAM KHẢO.
1.

Tài liệu tiếng Việt _________________________________________ 68

2.

Tài liệu tiếng Anh

3.

Tài liệu tham khảo bổ sung ___________________________________ 71

_________________________________________ 68


HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Giải thuật của Merlin và Back được Shirmohammadi [27] chỉnh sửa
Hình 1.2 : Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự [9]
Hình 1.3 : 6 bước đánh giá lưới điện phân phối của R.E.Lee và C.L.Brooks
Hình 2.1 : Sơ đồ lưới điện phân phối tổng quát
Hình 2.2 : Lưới điện phân phối một nguồn và một vòng đơn
Hình 2.3 : Lưới một vòng và một nguồn có tụ đặt sau khóa mở MN
Hình 2.4 : Lưới một vòng và một nguồn có tụ đặt trước khóa mở MN
Hình 2.5 : Lưới điện ví dụ hình tia
Hình 2.6 : Lưới điện một vòng và một nguồn tổng quát có tụ
Hình 3.1 : Lưu đồ giải thuật
Hình 3.2 : Sơ đồ ví dụ 1 cho mạng một nguồn và một vòng
Hình 3.3 : Sơ đồ mạng một vòng và một nguồn ở ví dụ 2
Hình 3.4 : Sơ đồ ví dụ mạng 3 nguồn
Hình 3.5 : Sơ đồ một nguồn phức tạp

BẢNG
Bảng 3.1 : Thông số của sơ đồ ví dụ 1 cho mạng một nguồn và một vòng
Bảng 3.2 : Thông số tái cấu trúc bỏ qua tụ ở ví dụ 1
Bảng 3.3 : Thông số tái cấu trúc có tụ bù ở ví dụ 1
Bảng 3.4 : Tính tổn thất khi mở từng nhánh ở ví dụ 1 (có tụ bù)
Bảng 3.5 : Thông số của sơ đồ ví dụ 2 cho mạng một nguồn và một vòng
Bảng 3.6 : Thông số tái cấu trúc bỏ qua tụ ở ví dụ 2, mục 1
Bảng 3.7 : Thông số tái cấu trúc có tụ bù ở ví dụ 2, mục 1
Bảng 3.8 : Tính tổn thất khi mở từng nhánh ở ví dụ 2, mục 1 (có tụ bù)
Bảng 3.9 : Thông số tái cấu trúc bỏ qua tụ ở ví dụ 2, mục 2
Bảng 3.10 : Thông số tái cấu trúc có tụ bù ở ví dụ 2, mục 2
Bảng 3.11 : Tính tổn thất khi mở từng nhánh ở ví dụ 2, mục 2 (có tụ bù)
Bảng 3.12 : Thông số của mạng 3 nguồn
Bảng 3.13 : Tái cấu trúc lưới khi có tụ của mạng 3 nguồn
Bảng 3.14 : Lần lặp thứ 1 của mạng 3 nguồn
Bảng 3.15 : Thay đổi dung lượng tụ rồi tái cấu trúc lại cho mạng 3 nguồn
Bảng 3.16 : Lần lặp thứ 1 của trường hợp thay đổi dung lượng tụ mạng 3 nguồn
Bảng 3.17 : Thông số của mạng một nguồn phức tạp
Bảng 3.18 : Tái cấu trúc khi có tụ mạng 1 nguồn phức tạp
Bảng 3.19 : Thay đổi dung lượng tụ rồi tái cấu trúc lại mạng 1 nguồn phức tạp
Bảng 4.1 : Trạng thái lúc đầu của lưới Bến Tre
Bảng 4.2 : Lần chuyển tải thứ 1 của lưới Bến Tre trường hợp bỏ qua tụ
Bảng 4.3 : Lần chuyển tải thứ 2 của lưới Bến Tre trường hợp bỏ qua tụ
Bảng 4.4 : Lần chuyển tải thứ 1 của lưới Bến Tre trường hợp có tụ
Bảng 4.5 : Lần chuyển tải thứ 2 của lưới Bến Tre trường hợp có tụ


CHƯƠNG 0 :
Giới thiệu luận văn

I. Đặt vấn đề
II. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
III.Phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
IV.Điểm mới của luận án
V. Bố cục của luận văn


Trang 1

CHƯƠNG 0 : Giới thiệu luận văn :
I. Đặt vấn đề :
Lưới điện phân phối có vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng
đến hộ tiêu thụ (ở Việt Nam cấp điện áp thường là 15 hoặc 22KV), do tổn thất
trên lưới phân phối chiếm 5% - 7% so với 2% - 3% trên lưới truyền tải nên vấn
đề tổn thất trên lưới phân phối được quan tâm thường xuyên và còn là một trong
những tiêu chí đánh giá vận hành kinh tế của các Điện Lực. Vì những lý do trên
việc nghiên cứu phương pháp để giảm tổn thất đáp ứng mong muốn thực tế và
hứa hẹn cho nhiều lợi ích kinh tế.
Như chúng ta được biết có rất nhiếu phương pháp để làm giảm tổn thất
công suất trên lưới điện phân phối :
-

Nâng cao điện áp vận hành.

-

Thay các đường dây phân phối trung áp và hạ áp và biến đổi hệ thống
phân phối một pha thành ba pha.

-

Đặt tụ bù để nâng cao cos δ của đường dây.

-

Giảm tổn thất trong các MBA …

Ngoài các phương pháp làm giảm tốn thất trên, thì một phương pháp làm
giảm tổn thất đảm bảo lưới điện phân phối vận hành kinh tế là tái cấu trúc lưới
điện phân phối bằng việc đóng mở các cặp khóa đện có sẵn trên lưới phân phối,
việc này sẽ giảm đáng kể tốn thất khi đạt được sự cân bằng công suất giữa các
tuyến dây mà không cần chi phí để cải tạo lưới. Việc tái cấu trúc lưới có nhiều
mục đích như là cắt giảm tổn thất công suất, tái cấu trúc để có sự cân bằng tải,
tái cấu trúc để cho hệ thống không vượt qua các giới hạn cho phép của đường
dây, MBA và các thiết bị bảo vệ, tái cấu trúc để tăng độ tin cây của hệ thống…
tất cả các mục đích trên đã được khảo sát trong rất nhiều nghiên cứu, các nhà

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


Trang 2

nghiên cứu cũng đã đưa ra các kết luận quan trọng. Tuy nhiên, các nhà nghiên
cứu [1-17, 19-32] đã không quan tâm đến một thiết bị hết sức quan trọng và
không thể thiếu trên lưới điện phân phối đó là tụ bù.
Như chúng ta đã biết các tải của chúng ta điều tiêu thụ công suất phản
kháng:
-

Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 đến 65 % công suất kháng

-

MBA tiêu thụ khoảng 22 đến 25 % công suất kháng

-

Đường dây tải điện và các phụ tải khác tiêu thụ khoảng 10%

Trong khi vì lý do kinh tế người ta không chế tạo Máy Phát có khả năng
phát nhiều công suất kháng mà chỉ là các Máy Phát có khả năng phát hạn chế
nguồn công suất kháng, và giải pháp đưa ra là phải có thêm các nguồn phát
công suất kháng khác nữa để cung cấp công suất kháng cho phụ tải và làm cho
hệ thống vận hành kinh tế hơn, nguồn phát thường được sử dụng đó là các tụ bù
và máy bù động bộ.
Trong lưới phân phối thì thường người ta sử dụng tụ bù là nguồn cung cấp
công suất kháng, đối với lưới phân phối của Việt Nam thì chỉ dùng duy nhất tụ
làm nguồn công suất kháng ngoài các Máy Phát.
Như chúng ta biết lưới điện phân phối thường có cấu trúc mạng vòng nhưng
trạng thái vận hành thông thường là hình tia, mục đích của cấu trúc vòng là dùng
để chuyển tải khi có sự cố hoặc khi có công tác để làm tăng độ tin cậy cung cấp
điện cho khách hàng.
Vấn đề đặt ra là các công ty Điện Lực sẽ cắt dừng lưới tại vị trí nào, lắp các
thiết bị thao tác ở đâu để có tổn thất công suất là bé nhất, có điện áp ở cuối lưới
trong phạm vi cho phép đồng thời đảm bảo các thông số định mức của thiết bị và
đường dây cũng như đảm bảo sự vận hành đúng của các relay bảo vệ… Vấn đề
này đã được giải quyết trong nhiều nghiên cứu tuy nhiên khi giải quyết bài toán

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


Trang 3

này các nhà nghiên cứu thường không quan tâm đến ảnh hưởng của tụ bù lên tái
cấu trúc lưới phân phối, điều này có phần trái ngïc với thực tế là lưới phân
phối luôn có đặt tụ để nâng cao cos δ của đường dây.
Như đã nói ở trên vì lý do kinh tế người ta không chuyển tải công suất phản
kháng trên lưới, mà cung cấp một phần lớn công suất phản kháng tại các phụ tải
bằng cách dùng tụ hoặc máy bù đồng bộ (một phần nhỏ công suất phản kháng
cung cấp cho phụ tải từ các nhà máy điện). Phụ tải rất nhiều và nằm rải rác trên
lưới nhưng chúng ta chỉ bù tại những vị trí nhất định vì thế công suất phản kháng
sẽ di chuyển qua lại trên lưới trong lúc vận hành cho nên khi xét đến tái cấu trúc
lưới phân phối thì sự ảnh hưởng của công suất phản kháng (tụ bù) cần được
nghiên cứu. Trong phần luận văn này sẽ giải quyết bài toán tái cấu lưới có tính
đến ảnh hưởng của tụ.
Bài toán luận văn sẽ giải quyết :
-

Luận văn xây dựng công thức tính tổn thất công suất tác dụng cho 1
vòng đơn và tìm ra giá trị bơm vào rút ra Pj và Qj tại khóa mở MN để
cho tổn thất công suất tác dụng là bé nhất, và khảo sát tính chất của nó
trong trường hợp có tụ đặt trên lưới.

-

Từ cơ sở một vòng đơn sẽ xây dựng công thức tính tổn thất công suất

tác dụng cho n vòng có đặt m tụ bù cũng như tìm các giá trị Pj và Qj
của các khoá mở để tổn thất công suất tác dụng của mạng là bé nhất
đồng thời cũng khảo sát tính chất của nó.

-

Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới đối với trường hợp mạng có tụ.

-

Dùng các ví dụ để kiểm tra lại cơ sở toán học và giải thuật đã đưa ra.

-

Áp dụng tính toán thực tế cho lưới điện của Điện Lực Bến Tre.

-

Kết luận

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


Trang 4

II. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn :
1. Mục tiêu :
Mục tiêu của luận văn là xây dựng một giải thuật tái cấu trúc lưới điện

phân phối giảm tổn thất công suất tác dụng có xét đến ảnh hưởng của tụ bù trên
lưới.
2. Nhiệm vụ:
1. Xây dựng hàm toán học mô tả tổn thất công suất giảm do tái cấu trúc lưới
có xét đến ảnh hưởng của tụ bù trên lưới và khảo sát tính chất của hàm số
này.
2. Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng có
xét đến tụ bù.
3. Kiểm tra kết quả đạt được trên các ví dụ mẫu và ứng dụng vào lưới điện
phân phối tỉnh Bến Tre.
III. Phạm vi nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu :
Phạm vi nghiên cứu trong luận văn xoay quanh bài toán tái cấu trúc trên
lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hình tia có xét đến
tụ bù.
Phương pháp nghiên cứu là sử dụng phương pháp giải tích toán học để xây
dựng và giải quyết bài toán.
IV. Điểm mới của luận án :
Luận văn xem xét tái cấu trúc lưới phân phối cũng giống như những nghiên
cứu trước đây nhưng điểm mới của luận án là xét đến ảnh hưởng của tụ trong tái
cấu trúc, đưa ra công thức tường minh về sự ảnh hưởng của tụ trong tái cấu trúc
đồng thời khảo sát các tính chất của nó.

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Vieät Anh


Trang 5

V. Bố cục của luận văn :

- Chương 0: Giới thiệu luận văn
- Chương I: Giới thiệu tổng quát về lưới điện phân phối
- Chương II: Cơ sở toán học
- Chương III: Xây dựng giải thuật và kiểm chứng trên ví dụ mẫu
- Chương IV: Áp dụng tính toán cho lưới điện thực tế ở Điện Lực Bến Tre
- Chương V: Kết luận
- Phụ lục và tài liệu tham khảo

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


CHƯƠNG I :
Giới thiệu tổng quát
I. Giới thiệu
1. Đặc điểm của lưới phân phối
2. Các bài toán tái cấu trúc ở góc độ vận hành
3. Các nghiên cứu trước đây
4 Kết luận


Trang 6

CHƯƠNG I : Giới thiệu tổng quát
I. Giới thiệu :
1. Đặc điểm của lưới phân phối :
Lưới điện phân phối dùng để chuyển tải điện năng từ các trạm biến áp
trung gian (ở Việt Nam thường là các trạm 110KV ) đến các phụ tải. Đường dây
truyền tải có thể vận hành vòng hoặc hở nhưng còn đường dây phân phối luôn

vận hành hở. Trong thực tế các đường dây phân phối đều có cấu trúc vòng với
các phát tuyến trong cùng trạm trung gian hoặc có thể với các phát tuyến ở các
trạm trung gian khác nhưng trạng thái vận hành bình thường của nó là hở. Lưới
phân phối vận hành hở vì các lý do sau :
-

Khi có sự cố dòng ngắn mạch bé vì thế ta có thể chọn các thiết bị có
dòng chịu đựng ngắn mạch và dòng cắt ngắn mạch bé điều này làm
giảm đáng kể chi phí đầu tư.

- Trong vận hành hở thì các relay trang bị cho các phát tuyến chỉ là các
loại relay đơn giản như là quá dòng hay relay thấp áp… không cần thiết
phải trang bị các relay phức tạp đắt tiền như so lệch, khoảng cách … nên
việc phối hợp dễ dàng hơn và mức độ đầu tư giảm.
-

Chỉ cần dùng các loại như FCO, LBFCO để bảo vệ các nhánh rẽ và phối
hợp với các recloser để tránh các sự cố thoáng qua.

-

Do vận hành hở nên khi có sự cố nó không gây ra sự cố diện rộng, và
việc điều khiển điện áp trên từng phát tuyến cũng dễ dàng hơn.

Cấu trúc vòng với các phát tuyến dùng để chuyển tải khi có sự cố, công tác,
hoặc khi bị quá tải trên lưới để đảm bảo sự cung cấp điện liên tục cho khách
hàng, tăng độ tin cây của hệ thống. Việc khôi phục lưới điện được thực hiện
thông qua việc thao tác đóng cắt các cặp khóa điện.

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Vieät Anh


Trang 7

Một đường dây phân phối có nhiều phụ tải khác nhau như là : điện sinh
hoạt, sản xuất .. các phụ tải này có các thời gian tải đỉnh khác nhau, phân bố
không đồng đều và luôn thay đổi theo từng giờ, ngày, tuần và theo từng mùa. Vì
vậy trên các đường dây đồ thị phụ tải không đều và thường có sự chênh lệch là
nguyên nhân gây ra quá tải và tăng tổn thất trên lưới phân phối.
Để chống quá tải, giảm tổn thất trên đường dây các điều độ viên phải tiến
hành những thao tác chuyển tải bằng cách đóng cắt các khóa điện (LBS,
recloser, DS ) trên lưới để đảm bảo hệ thống vận hành kinh tế nhất.
Phụ tải phát triển và thay đổi liên tục nên tùy tình hình thực tế sẽ có những
mục tiêu vận hành lưới phù hợp với tình hình cụ thể. Tuy nhiên trong bất cứ
trường hợp nào thì việc vận hành lưới điện phân phối phải luôn thỏa mãn các
điều kiện sau : lưới điện phải vận hành hở, tất cả các phụ tải phải được cung cấp
điện liên tục và với sụt áp nằm trong phải vi cho phép, các hệ thống bảo vệ
relay phải đảm nhận tốt nhiệm vụ của nó, các thiết bị như là : đường dây, MBA
và các thiết bị khác phải vận hành trong phạm vi cho phép.
2. Các bài toán tái cấu trúc lưới ở góc độ vận hành [3]:
- Bài toán 1 : xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong một
thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất.
- Bài toán 2 : xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn
khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất.
- Bài toán 3 : Xác định cấu trúc lưới điện tại một thời điểm để tổn thất
công suất bé nhất.
- Bài toán 4 : Tái cấu trúc lưới điện cân bằng tải để nâng cao khả năng
tải của lưới điện.

- Bài toán 5 : Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


Trang 8

-

Bài toán 6 : Xác định tái cấu trúc lưới theo nhiều mục tiêu như : tổn
thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải
ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất.

3. Các nghiên cứu trước đây :
3.1 Các nghiên cứu giải bài toán 1, 2, 4, 5, 6.
Nghiên cứu giải bài toán 1 của C.S.Chen và M.Y. [7], Shirmohammadi
[28]. Giải bài toán 2 của Rubin Taleski [29]. Giải bài toán 4 của Tim Taylor
[30], H.Yuan-Yih Hsu [12]. Giải bài toán 5 của Liu [19], Tomsovic [32]. Giải bài
toán 6 của Baran [4].
3.2 Các nghiên cứu giải bài toán 3 :
Bài toán 3 là một bài toán quan trọng, được xem như một modul chính để
giải quyết các bài toán tái cấu trúc lưới khác. Điều này được chứng minh qua các
giải thuật của các nghiên cứu từ trước đến nay. Có nhiều phương pháp giải bài
toán 3 nhưng theo các nghiên cứu [26, 28, 29 ] chỉ có giải thuật heuristic kết hợp
giải thuật tối ưu và giải thuật thuần heuristic mới thực sự mang hiệu quả cao vì
dễ tìm được cấu trúc lưới tối ưu.
3.2.1 Giải thuật heuristic kết hợp giải thuật tối ưu :
Kết hợp giữa giải thuật heuristics và giải thuật tối ưu hoá để giải bài toán 3

laø S.K.Goswaimi [11], V.Glamocanin[10], Merlin vaø Back [20], Shirmohammadi
[27], T.P.Wagner [31],... Việc kết hợp hai giải thuật này để giải bài toán tiêu tốn
nhiều thời gian tính toán nhưng lại có khả năng xác định được cấu trúc lưới điện
đạt cực tiểu toàn cục và không phụ thuộc vào cấu trúc lưới ban đầu.

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Vieät Anh


Trang 9

a Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín
Giải thuật của Merlin và Back [20] đơn giản:”Đóng tất cả các khoá điện
lại-tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành
mở lần lượt các khoá có dòng chạy qua bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình
tia”.
Merlin và Back cho rằng lưới điện phân phối luôn có mức tổn thất công
suất bé nhất với mạch vòng. Vì vậy để có lưới điện phân phối vận hành hình tia,
Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá
trình sẽ chấm dứt khi lưới điện đạt được trạng thái vận hành hở. Các giải thuật
tìm kiếm nhánh và biên ứng dụng luật heuristic này mất rất nhiều thời gian do
có khả năng xảy ra đến 2n cấu trúc nếu có n đường dây được trang bị khoá điện.
Đọc dữ liệu lưới điện và khoá điện
Đón g tất cảø khoá điện
Giải bài toán phân bố côn g suất và
thay thế tải bằn g các các nguồn dòn g
Giải bài toán phân bố côn g suất tối ưu
Mở khoá điện có dòn g bé nhất

Vi phạm
các điều kiện vận
hàn h
Khôn g
Khôn g

Có

Đón gkhoá điện vừa mở
Mở khoá điện có dòn g bé nhất tiếp theo

Lưới điện hình tia
Có
Xuất kết quả

Hình 1.1: Giải thuật của Merlin và Back được Shirmohammadi [27] chỉnh sửa
Hình 1.1 thể hiện giải thuật của Merlin và Back, đã được Shirmohammadi [27]
bổ sung. Giải thuật này chỉ khác so với giải thuật nguyên thủy của Merlin và

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


Trang 10

Back ở chỗ có xét đến điện thế ở các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến
dòng điện.
Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn còn bộc lộ một số nhược điểm :
-

Giải thuật này tiêu tốn quá nhiều thời gian để tìm ra được cấu trúc giảm
tổn thất công suất.

-

Tính chất không cân bằng và nhiều pha chưa được mô phỏng đầy đủ.

-

Tổn thất của thiết bị trên đường dây chưa được xét đến trong giải thuật.

b. Các giải thuật khác :
Các nhà nghiên cứu đã và đang nỗ lực để tìm kiếm kỹ thuật kết hợp giữa
hai giải thuật heuristic và giải thuật tối ưu, nếu kết hợp thành công thì nó sẽ cho
ra một giải thuật tính toán với mức độ chính xác chấp nhận được và giảm đáng
kể thời gian tính toán. Đã có các nghiên cứu kết hợp giữa hai giải thuật này : Liu
và các công sự [19], Glamocanin [10], Wagner và các cộng sự [31], Goswami và
Basu [11], Chang [6], JeanJumeau [8], Jeon các cộng sự [14], các giải thuật của
các nhà nghiên cứu về lý thuyết thì có tính khả thi nhưng khi áp dụng vào thực tế
thì đều có những khó khăn nhất định.
3.2.2 Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics.
Các giải thuật này có cùng đặc điểm là sử dụng các công thức thực nghiệm
để đánh giá mức độ giảm tổn thất liên quan đến thao tác đóng cắt và giới thiệu
một số qui luật nhằm giảm số lượng xem xét các khóa điện. Các qui tắc
heuristics dựa trên giả định rằng việc giảm tải trên thiết bị và nguồn phát đồng
nghóa với giảm tổn thất. Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu theo hướng này nhưng
chưa tìm được giải thuật tỏ ra thực sự khả thi.

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


Trang 11

a. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh.
Lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày tại hình 1.2.
Civanlar đã đưa ra các qui luật và công thức :
Hai qui luật để giảm số lượng khóa điện cần xem xét :
-

Nguyên tắc chọn khóa đóng : việc giảm tổn thất chỉ có thể đạt được nếu
như có sự chênh lệch đáng kể về điện áp tại khoá đang mở.

- Nguyên tắc chọn khóa mở : việc giảm tổn thất chỉ đạt được khi thực hiện
chuyển tải ở phía có độ sụt áp lớn sang phía có sụt áp bé hơn.
Hàm số mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi có sự thay đổi trạng thái
của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu trúc.
*
ΔP(t ) = Re⎧⎨2 ⎡ ∑ I i (E M − E N ) ⎤ ⎫⎬ + R loop ∑ I i
⎢
⎥⎦ ⎭
i
D
i∈D
∈
⎣
⎩

Trong đó

D

: Tập các nút tải được dự kiến chuyển tải

Ii

: Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i

2

(1-1)

EM : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại 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 khoá điện đang mở.
Biểu thức (1-1) tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lưới mẫu nhỏ nhưng chưa
được kiểm chứng ở lưới điện lớn.
Kỹ thuật đổi nhánh thể hiện ở quá trình thay thế 1 khóa mở bằng 1 khoá
đóng trong cùng một vòng để giảm tổn thất công suất. Vòng được chọn để đổi
nhánh là vòng có cặp khoá đóng/mở có mức giảm tổn thất công suất lớn nhất.
Quá trình được lặp lại cho đến khi không thể giảm được tổn thất nữa.
Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau :
-

Xác định phương án tái cấu trúc có mức tổn thất nhỏ một cách nhanh

chóng.

-

Việc xác định dòng tải tương đối chính xác.

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


Trang 12

Tuy nhiên, giải thuật cũng còn nhiều nhược điểm cần khắc phục:
-

Mỗi bước tính toán chỉ xem xét 1 cặp khóa điện trong 1 vòng.

-

Chỉ giải quyết được bài toán giảm tổn thất, chưa giải quyết được bài
toán cực tiểu hóa hàm mục tiêu.

-

Việc tái cấu trúc lưới phân phối còn phụ thuộc vào cấu trúc xuất phát
ban đầu.
Giảm số lần thao tác khoá điện
bằn g cách xem xét các luật heuristic

Tính toán tổn thất côn g suất cho
các thao tác đón g cắt được đề nghị

Các thao tác
đón g cắt làm giảm tổn
thất côn g suất

Khôn g

Có
Thực hiện thao tác đón g/cắt có
mức độ giảm tổn thất côn g suất nhất
Phân bố côn g suất cho lưới điện mới

Khôn g

Kiểm tra
quá tải và độ sụt áp
cho phép

Hệ thốn g được
xem là tối ưu

Có
Chọn thao tác đón g/cắt kế tiếp

Hình 1.2 : Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự [9].
Mặc dù có một số khuyết điểm cần phải khắc phục nhưng giải thuật của
Civanlar và các cộng sự được đánh giá rất cao.
b. Một số giải thuật khác

Tiếp theo Civanlar thì còn có các nhà nghiên cứu khác cũng đưa ra giải
thuật thuần túy dựa trên heuristics : Bara và Wu [4], Castro và Watanabe [5],
các nghiên cứu này cố gắng tìm kiếm giải thuật để khắc phục những nhược điểm
trong giải thuật của Civanlar nhưng khi khắc phục được một số nhược điểm của

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh


Trang 13

giải thuật Civanlar thì chính giải thuật của họ cũng có nhiều nhược điểm cần
phải khắc phục.
3.2.3 Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo :
Gần đây, trí tuệ nhân tạo đã trở nên phổ biến đưa đến sự nở rộ của nhiều
kỹ thuật như: hệ thần kinh nhân tạo (ANN), giải thuật gen (GA) và hệ chuyên
gia (ES) đã được ứng dụng để tái cấu trúc hệ thống. Sử dụng ANN trong tái cấu
trúc lưới phân phối có Kim và các cộng sự [16], Joon-Ho Choi [33 ] tái cấu trúc
lưới bằng giải thuật gien, Taylor và Lubkeman [30] tái cấu trúc lưới bằng hệ
chuyên gia.
Nhật xét: các nghiên cứu trước đây ở 3.1 và 3.2 được giới thiệu ở trên đều không
quan tâm đến ảnh hưởng của tụ bù trong tái cấu trúc lưới phân phối.
3.3 Nghiên cứu có quan tâm đến tụ bù trong tái cấu trúc lưới phân phối :
Khi tiếp cận bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối. Trình tự 6 bước đánh
giá lưới điện phân phối của R.E.Lee và C.L.Brooks [18] được trình bày tại hình
1.3.
Bước 1

Đánh giá hệ thống hiện hữu

Phân bố trào lưu công suất

Bước 2

Loại bỏ tất cả tụ bù và khoá

Tái cấu trúc hệ thống
Phân bố trào lưu công suất

Bước 4

Xác định dung lượng và

và tổn thất

Bước 3

So sánh kết quả tải

điện mở tối ưu của hệ thống
Bước 6
Lợi ích thu được

vị trí tụ bù mới
Bước 5

Đánh giá hệ thống
Phân bố trào lưu công suất

Hình 1.3: 6 bước đánh giá lưới điện phân phối của R.E.Lee và C.L.Brooks

HVTH : Nguyễn Trọng Minh

CBHD: TS Trương Việt Anh