Vận hành tối ưu lưới điện 22 kv công ty điện lực gia định

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

NGUYỄN VIỆT NHÂN

VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN 22 kV CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2017


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

NGUYỄN VIỆT NHÂN

VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN 22 kV CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA ĐỊNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2017

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Huỳnh Châu Duy
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 19 tháng 11 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TT

Họ và tên

Chức danh Hội đồng

1

PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa

Chủ tịch

2

PGS. TS. Lê Minh Phương

Phản biện 1

3

PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương

Phản biện 2

4

PGS. TS. Quyền Huy Ánh

5

TS. Nguyễn Minh Tâm

Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

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

PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa


TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP.HCM

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Tp.HCM, ngày......tháng........năm 20...
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Nguyễn Việt Nhân

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh:16/01/1970;

Nơi sinh: TpHCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

MSHV:

I- Tên đề tài:
VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN 22 kV - CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA ĐỊNH

II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết vận hành lưới điện phân phối.
- Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối.
- Nghiên cứu hiện trạng lưới điện phân phối 22kV của Công ty Điện lực Gia Định.
- Nghiên cứu áp dụng các đề xuất vận hành tối ưu cho lưới điện phân phối 22kV
của Công ty Điện lực Gia Định.

III- Ngày giao nhiệm vụ: 15/02/2017
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/09/2017
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. HUỲNH CHÂU DUY

CÁN BỘ HUỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS. Huỳnh Châu Duy

PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương


i

LỜI CAM ÐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả đạt được trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các tài liệu tham khảo trong Luận văn đã được trích dẫn đầy đủ
nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Việt Nhân


ii

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS. TS. Huỳnh Châu Duy đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ tơi hồn thành đầy đủ và tốt các nhiệm vụ được giao của đề

tài luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho tơi nhiều kiến thức
q báu trong q trình học tập làm nền tảng cho tơi hồn thành tốt đề tài luận văn
tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Lớp 15SMĐ21 đã động viên và giúp đỡ
tơi trong q trình thực hiện đề tài luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM;
Khoa Cơ - Điện - Điện tử; Viện Đào tạo sau Đại học và Công ty Điện lực Gia Định
- Tổng Công ty Điện lực Tp. HCM nơi tôi đang công tác đã tạo mọi điều kiện tốt
nhất cho tơi có thể hồn thành khóa học và đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Việt Nhân


iii

TÓM TẮT
Luận văn thực hiện nghiên cứu các vấn đề liên quan đến, "Vận hành tối ưu
lưới điện 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định" mà bao gồm các nội dung như sau:
- Chương 1: Giới thiệu
- Chương 2: Tổng quan về bài toán vận hành lưới điện phân phối
- Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân
phối
- Chương 4: Áp dụng các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối 22
kV - Công ty Điện lực Gia Định
- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai


iv

ABSTRACT
The thesis presents issues relating to "Optimal operation of Gia Dinh
delivery power system, 22 kV". It consists of the following contents:
- Chapter 1: Introduction
- Chapter 2: Overview of operation of a delivery power system, 22 kV
- Chapter 3: Solutions of optimal operation of a delivery power system, 22
kV
- Chapter 4: Applying of optimal operation solutions for Gia Dinh delivery
power system, 22 kV
- Chapter 5: Conclusions and future works


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ÐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ xii
Chương 1 .....................................................................................................................1
GIỚI THIỆU ...............................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề .........................................................................................................1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................2
1.3. Mục tiêu của đề tài ...........................................................................................3
1.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................3
1.5. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ...................................................................3

1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ............................................................3
1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ..............................................................6
1.6. Bố cục của luận văn..........................................................................................7
1.7. Kết luận ............................................................................................................7
Chương 2 .....................................................................................................................8
TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI .................8
2.1. Đặc điểm của hệ thống điện .............................................................................8
2.2. Đặc điểm của lưới điện phân phối ....................................................................8
2.3. Vận hành hệ thống điện ....................................................................................9
2.3.1. Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện .............................................................9
2.3.2. Các mục tiêu vận hành hệ thống điện ......................................................10
2.4. Cơ sở lý thuyết tính tốn trong hệ thống điện ................................................10
2.5. Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel ...........................11
2.5.1. Phương pháp lặp Gauss – Seidel .............................................................11
2.5.2. Giải bài tốn phân bố cơng suất bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel .11
2.6. Giải tích mạng điện bằng phương pháp lặp Newton - Raphson ....................14


vi
2.6.1. Phương pháp lặp Newton - Raphson .......................................................14
2.6.2. Giải bài tốn phân bố cơng suất bằng phương pháp lặp Newton –
Raphson .............................................................................................................15
2.7. Tổng quan về hệ thống điện Việt Nam...........................................................18
2.7.1. Nguồn điện ...............................................................................................18
2.7.2. Phụ tải điện ..............................................................................................19
2.7.3. Lưới điện ..................................................................................................19
Chương 3 ...................................................................................................................23
NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI..........................................................................................................................23
3.1. Giới thiệu ........................................................................................................23

3.1.1. Chất lượng điện năng ...............................................................................23
3.1.2. Độ tin cậy cung cấp điện .........................................................................24
3.1.3. Tổn thất điện năng ...................................................................................25
3.2. Cơ sở vận hành tối ưu lưới điện phân phối ....................................................26
3.2.1. Chất lượng điện áp ...................................................................................26
3.2.2. Chất lượng tần số .....................................................................................46
3.2.3. Độ tin cậy .................................................................................................48
3.2.4. Tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối............................................49
3.3. Bù công suất phản kháng cho lưới điện phân phối ........................................53
3.4. Tối ưu hóa cấu trúc của lưới điện ...................................................................55
3.4.1. Giới thiệu .................................................................................................55
3.4.2. Bài tốn tối ưu hóa cấu trúc của lưới điện ...............................................58
Chương 4 ...................................................................................................................61
ÁP DỤNG CÁC GIẢI PHÁP VẬN HÀNH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
22KV - CÔNG TY ĐIỆN LỰC GIA ĐỊNH .............................................................61
4.1. Giới thiệu ........................................................................................................61
4.2. Đặc điểm lưới điện phân phối 22kV - Công ty Điện lực Gia Định................62
4.2.1. Thơng tin lưới điện ..................................................................................62
4.2.2. Tình hình phân phối điện năng ................................................................64
4.3. Tình hình vận hành lưới điện .........................................................................64


vii
4.4. Đề xuất các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện ............................................66
4.4.1. Giải pháp đặt tù bù tối ưu cho lưới điện ..................................................66
4.4.1.1. Tuyến cáp Công Lý ...........................................................................67
4.4.1.2. Tuyến cáp Gia Định ..........................................................................68
4.4.1.3. Tuyến cáp Nhà Binh .........................................................................69
4.4.1.4. Tuyến dây Bãi Than ..........................................................................69
4.4.1.5. Tuyến dây Bình Hịa .........................................................................70

4.4.1.6. Tuyến dây Bình Phước......................................................................71
4.4.1.7. Tuyến dây Bình Quới ........................................................................72
4.4.1.8. Tuyến dây Bộ Lĩnh ...........................................................................73
4.4.1.9. Tuyến dây D2 ....................................................................................74
4.4.1.10. Tuyến dây Đăng Lưu ......................................................................75
4.4.1.11. Tuyến dây Hàng Xanh ....................................................................76
4.4.1.12. Tuyến dây Hồ Văn Huê ..................................................................77
4.4.1.13. Tuyến dây Hữu Cảnh ......................................................................78
4.4.1.14. Tuyến dây Huy Liệu .......................................................................78
4.4.1.15. Tuyến dây Kim Sơn ........................................................................79
4.4.1.16. Tuyến dây Mông Triệu ...................................................................80
4.4.1.17. Tuyến dây Nguyễn Huệ ..................................................................81
4.4.1.18. Tuyến dây Nguyễn Văn Trỗi ..........................................................81
4.4.1.19. Tuyến dây Phú Hữu ........................................................................82
4.4.1.20. Tuyến dây Quốc Dung ....................................................................83
4.4.1.21. Tuyến dây Rạch Miễu .....................................................................84
4.4.1.22. Tuyến dây Thạnh Mỹ An ................................................................84
4.4.1.23. Tuyến dây Tu Viện .........................................................................85
4.4.1.24. Tuyến dây Tùng Châu .....................................................................86
4.4.1.25. Tuyến dây Văn An ..........................................................................87
4.4.2. Giải pháp vận hành tối ưu các trạm công cộng .......................................89
4.4.2.1. Trạm công cộng do Công ty Điện lực Gia Định quản lý ..................89
4.4.2.2. Nguyên nhân làm tăng tổn thất kỹ thuật ...........................................90
4.4.2.3. Phân loại các giải pháp vận hành tối ưu trạm công cộng khả thi......90


viii
Chương 5 .................................................................................................................105
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI .......................................105
5.1. Kết luận ........................................................................................................105

5.2. Hướng phát triển tương lai ...........................................................................106
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................107


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Lưới điện trung, hạ thế dự kiến xây dựng giai đoạn (2011 - 2030) .........21
Bảng 4.1. Thông tin lưới điện của Công ty Điện lực Gia Định tính đến 06/2017 ....62
Bảng 4.2. Các tuyến cáp và dây của Công ty Điện lực Gia Định .............................64
Bảng 4.3. Tổn thất công suất của các cáp và tuyến dây của Công ty Điện lực Gia
Định ...........................................................................................................................65
Bảng 4.4. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Công Lý........................67
Bảng 4.5. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến cáp Cơng Lý ................................67
Bảng 4.6. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Gia Định .......................68
Bảng 4.7. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến cáp Gia Định ...............................68
Bảng 4.8. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến cáp Nhà Binh ......................69
Bảng 4.9. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến cáp Nhà Binh ..............................69
Bảng 4.10. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bãi Than .....................70
Bảng 4.11. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bãi Than .............................70
Bảng 4.12. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Hịa ....................71
Bảng 4.13. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bình Hịa ............................71
Bảng 4.14. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Phước ................71
Bảng 4.15. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bình Phước ........................72
Bảng 4.16. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bình Quới...................72
Bảng 4.17. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bình Quới...........................73
Bảng 4.18. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Bộ Lĩnh ......................74
Bảng 4.19. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Bộ Lĩnh ..............................74
Bảng 4.20. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây D2 ...............................75
Bảng 4.21. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây D2 .......................................75

Bảng 4.22. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Đăng Lưu ...................75
Bảng 4.23. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Đăng Lưu ...........................76
Bảng 4.24. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hàng Xanh .................76
Bảng 4.25. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Hàng Xanh .........................77
Bảng 4.26. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hồ Văn Huê ...............77
Bảng 4.27. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Hồ Văn Huê .......................77


x
Bảng 4.28. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Hữu Cảnh ...................78
Bảng 4.29. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Hữu Cảnh ...........................78
Bảng 4.30. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Huy Liệu ....................79
Bảng 4.31. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Huy Liệu ............................79
Bảng 4.32. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Kim Sơn .....................79
Bảng 4.33. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Kim Sơn .............................80
Bảng 4.34. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Mông Triệu ................80
Bảng 4.35. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Mông Triệu ........................80
Bảng 4.36. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Nguyễn Huệ ...............81
Bảng 4.37. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Nguyễn Huệ .......................81
Bảng 4.38. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Nguyễn Văn Trỗi .......82
Bảng 4.39. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Nguyễn Văn Trỗi ...............82
Bảng 4.40. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Phú Hữu .....................82
Bảng 4.41. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Phú Hữu .............................83
Bảng 4.42. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Quốc Dung .................83
Bảng 4.43. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Quốc Dung .........................83
Bảng 4.44. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Rạch Miễu ..................84
Bảng 4.45. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Rạch Miễu ..........................84
Bảng 4.46. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Thạnh Mỹ An .............84
Bảng 4.47. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Thạnh Mỹ An .....................85
Bảng 4.48. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Tu Viện ......................85

Bảng 4.49. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Tu Viện ..............................86
Bảng 4.50. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Tùng Châu..................86
Bảng 4.51. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Tùng Châu ..........................86
Bảng 4.52. Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cho tuyến dây Văn An .......................87
Bảng 4.53. Đánh giá hiệu quả đặt tụ bù cho tuyến dây Văn An ...............................87
Bảng 4.54. Kết quả giải pháp đặt tù bù tối ưu cho lưới điện Công ty Điện lực Gia
Định ...........................................................................................................................88
Bảng 4.55. Phân tích giải pháp giảm tổn thất điện năng trạm công cộng bằng việc
thay thế các máy biến áp cũ đã có tuổi thọ trên 15 năm ...........................................95


xi
Bảng 4.56. Phân tích giải pháp giảm tổn thất điện năng trạm công cộng bằng việc
cải tạo các trạm tổ hợp 3 máy 1 pha thành máy 3 pha đã có tuổi thọ trên 10 năm ...97
Bảng 4.57. Chi phí thực hiện giải pháp cải tạo các trạm tổ hợp 3 máy 1 pha thành
máy 3 pha đã có tuổi thọ trên 10 năm dự kiến như sau: ...........................................98


xii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Cơ cấu hệ thống điện quốc gia tính đến tháng 06/2017 ............................18
Hình 3.1. Miền chất lượng điện áp............................................................................28
Hình 3.2. Miền chất lượng điện áp tương ứng với Pmax và Pmin ................................30
Hình 3.3. Diễn biến điện áp trong lưới phân phối ....................................................31
Hình 3.4. Quan hệ giữa U và P ...............................................................................32
Hình 3.5. Tiêu chuẩn UB1 tại điểm B ......................................................................33
Hình 3.6. Đặc tính của đèn sợi đốt ............................................................................34
Hình 3.7. Sự phụ thuộc của P và Q vào điện áp .......................................................35
Hình 3.8. Sự phụ thuộc của tổn thất điện năng vào các hệ số khơng đối xứng ........41

Hình 3.9. Các bậc sóng hài........................................................................................42
Hình 3.10. Hiện tượng từ trễ và bão hịa mạch từ làm méo dạng sóng dịng điện ...44
Hình 4.1. Các trạm cơng cộng MBA 3 pha điển hình đã có tuổi thọ nhiều hơn 15
năm ............................................................................................................................95
Hình 4.2. Trạm cơng cộng Bình Lợi 1 với MBA 3 pha đã được thay mới theo đề
xuất ............................................................................................................................97
Hình 4.3. Trạm cơng cộng 3 MBA 1 pha đã có tuổi thọ nhiều hơn 10 năm ...........101
Hình 4.4. Trạm cơng cộng Văn An 4 với 1 MBA 3 pha sau khi đã được thay mới
.................................................................................................................................102


1

Chương 1
GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Điện năng là một loại hàng hóa đặc biệt, nó giữ một vai trị quan trọng trong
việc đảm bảo sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội, an ninh chính trị của mỗi quốc
gia. Nếu xét về mặt kinh tế, điện năng được cung cấp bởi các công ty điện lực đến
khách hàng sử dụng điện phải có giá thành rẻ nhất, chất lượng điện năng phải tốt
nhất. Điều này có ý nghĩa quan trọng và quyết định đến sự tồn tại và phát triển của
các công ty điện lực Việt Nam khi tiến hành thị trường hóa ngành điện. Để thực
hiện được mục tiêu này các công ty điện lực, các nhà khoa học đã khơng ngừng tìm
kiếm, nghiên cứu đưa ra các giải pháp mới như nghiên cứu và đề xuất sử dụng các
nguồn năng lượng mới, thiết kế, xây dựng, và vận hành lưới điện tối ưu, . . .
Sự phát triển của ngành điện đi cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế của
đất nước, sự biến động của ngành điện sẽ mang lại những ảnh hưởng không nhỏ đến
tình hình kinh tế, chính trị, xã hội của quốc gia [1]-[2].
Cùng với sự phát triển chung của hệ thống điện Việt Nam, lưới điện của
Công ty Điện lực Gia Định - Tổng Công ty Điện lực Tp. HCM cũng phát triển

không ngừng, phụ tải luôn tăng trưởng rất cao, lưới điện ngày càng được mở rộng
và hiện đại hóa. Do vậy, việc đảm bảo cung cấp điện một cách tin cậy và chất lượng
song song với việc nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành là một yêu cầu hết sức
cần thiết đối với lưới điện phân phối hiện nay.
Hiện nay, vấn đề đặt ra cho ngành điện nói chung và Cơng ty Điện lực Gia
Định nói riêng là trong tương lai nguồn và lưới điện sẽ phát triển rất mạnh mẽ, làm
thế nào đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng luôn trong phạm vi
cho phép, làm thế nào giảm được nhiều nhất tổn thất công suất tác dụng trên lưới
điện phân phối nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cho ngành điện là những câu hỏi
được đặt ra đối với các nhà khoa học, nhà vận hành và quản lý lưới điện.
Cũng có thể nhận thấy rằng, ngày nay, vấn đề giảm tổn thất công suất tác
dụng trên lưới điện phân phối đã trở thành một mục tiêu và nhiệm vụ quan trọng


2
hàng đầu trong sản xuất kinh doanh của ngành điện. Để giải quyết vấn đề này cần
phải thực hiện nhiều giải pháp khác nhau, trong đó việc tính tốn và lựa chọn
phương pháp vận hành thích hợp cho lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích
thiết thực cho ngành điện như: giảm tổn thất điện năng trên lưới, đảm bảo điện áp
tại các nút thay đổi trong phạm vi cho phép, . . .
Góp phần cho các vấn đề được nêu trên thì việc nghiên cứu vận hành tối ưu
lưới điện phân phối là rất cần thiết và được đề xuất áp dụng cho lưới điện phân phối
22 kV - Công ty Điện lực Gia Định. Đây cũng là lý do chính cho việc chọn đề tài:
“Vận hành tối ưu lưới điện 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định”.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Căn cứ vào Công văn số 2122/EVNHCMC-KD ngày 4/6/2015 của Tổng
Công ty Điện lực Tp. HCM về việc xây dựng lộ trình giảm tổn thất giai đoạn 2016 2020 và Đề án thực hiện giảm tổn thất điện năng giai đoạn 2016 - 2020 của Công ty
Điện lực Gia Định.
Căn cứ vào lộ trình giảm tổn thất của Cơng ty Điện lực Gia Định do Tổng
công ty Điện lực Tp. HCM dự kiến giao đến năm 2020 là 3,85%.

Căn cứ vào cấu trúc chung của lưới điện phân phối và đặc điểm riêng của
lưới điện do Công ty Điện lực Gia Định đang thực hiện quản lý trên địa bàn của 2
quận Bình Thạnh và Phú Nhuận với sản lượng điện cung cấp đến hộ tiêu thụ khá
cao so với sản lượng chung của Công ty Điện lực khác trực thuộc Tổng cơng ty
Điện lực Tp. HCM. Vì vậy, các nghiên cứu liên quan đến vận hành tối ưu cho lưới
điện 22 kV của Công ty Điện lực Gia Định là thật sự cần thiết và nên được quan
tâm.
Dựa vào các căn cứ và phân tích trên, nhận thấy rằng đề tài “Vận hành tối
ưu lưới điện 22kV - Công ty Điện lực Gia Định” là thật sự cấp thiết nhằm đạt
được các mục tiêu đề ra của Tổng công ty Điện lực Tp. HCM nói riêng và Tập đồn
Điện lực Việt Nam nói chung mà sẽ được tập trung nghiên cứu trong luận văn này.


3
1.3. Mục tiêu của đề tài
Đề tài tập trung nghiên cứu và đề xuất các giải pháp vận hành tối ưu và phù hợp với
lưới điện phân phối 22kV của Công ty Điện lực Gia Định được dựa trên các chỉ tiêu
về tổn thất, độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng.

1.4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu nguồn và lưới điện phân phối hiện trạng của Cơng ty Điện lực
Gia Định.
- Nghiên cứu tình hình phát triển phụ tải và cung cấp điện của Công ty Điện
lực Gia Định trong những năm qua.
- Dự báo sự phát triển của lưới điện phân phối Công ty Điện lực Gia Định
trong tương lai.
- Đề xuất các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện 22kV Công ty Điện lực Gia
Định hiện tại nhằm đảm bảo các tiêu chí tối ưu đặt ra như tổn thất công suất tác
dụng, độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng.

1.5. Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Vận hành tối ưu lưới điện là một trong những vấn đề luôn được các nhà khoa
học trong nước và nước ngoài liên tục nghiên cứu. Tuy nhiên, mỗi một kết quả đề
xuất đều có các ưu và khuyết điểm riêng mà có thể phù hợp hoặc không phù hợp
với mỗi đặc thù của một lưới điện. Việc lựa chọn và phối hợp các giải pháp đề xuất
sao cho thích hợp và tối ưu cần được nghiên cứu cho mỗi lưới điện. Tổng quan lĩnh
vực nghiên cứu có thể được tóm tắt như sau:

1.5.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
A. Askaradeh với cơng trình nghiên cứu, “Capacitor placement in
distribution systems for power loss reduction and voltage improvement: a new
methodology” đã trình bày phương án bù công suất phản kháng cho hệ thống điện
phân phối với các mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng và nâng cao chất lượng
điện áp [3]. Tác giả đã đề xuất giải thuật Crow Search (CS) để xác định dung lượng
và vị trí lắp đặt của tụ bù trong hệ thống điện phân phối. Hàm mục tiêu được xây


4
dựng trong công bố này là cực tiểu tổn thất cơng suất tác dụng và các chi phí lắp đặt
tụ bù.
A. A. A. El-Ela, R. A. El-Sehiemy, A. Kinawy, M. T. Mouwafi với cơng
trình nghiên cứu, “Optimal capacitor placement in distribution systems for power
loss reduction and voltage profile improvement” đã giới thiệu một thuật toán bao
gồm hai bước để xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu cho lưới điện phân phối
hình tia [4]. Bước 1 được thực hiện bằng việc phân tích độ nhạy tổn thất thơng qua
hai chỉ tiêu độ nhạy tổn thất để lựa chọn các vị trí tụ bù khả thi nhất. Sau đó, trong
bước 2, thuật tốn tối ưu hóa đàn kiến để xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu
mà xem xét mục tiêu cực tiểu hóa tổn thất năng lượng và chi phí lắp đặt tụ tương
ứng với các ràng buộc của hệ thống. Các phương án bao gồm việc sử dụng các tụ bù
cố định, tụ bù ứng động và kết hợp của tụ bù cố định và ứng động cũng được xem

xét để tìm ra lời giải tối ưu. Thuật tốn qt xi/ngược được áp dụng để tính tốn
phân bố tải.
L. M. O. de Queiroz và C. Lyra với cơng trình nghiên cứu, “A genetic
approach for loss reduction in power distribution systems under variable demands”
đã đề xuất giải thuật di truyền để giải quyết bài toán giảm tổn thất cho lưới điện
phân phối trong các điều kiện phụ tải thay đổi [5]. Một thuật toán di truyền cải tiến
đã được giới thiệu trong luận văn này để nâng cao khả năng hội tụ của lời giải.
L. Zhang, K. Zhang, G. Zhang với cơng trình nghiên cứu, “Power
distribution system reconfiguration based genetic algorithm”, đã giới thiệu thuật
toán di truyền cải tiến mà được áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân
phối với hàm mục tiêu là cực tiểu hóa các tổn thất cơng suất [6]. Bên cạnh đó, các
mục tiêu khác như tải của hệ thống được cân bằng và độ tin cậy cung cấp điện cũng
được nâng cao. Trong đó, mục tiêu cực tiểu hóa các tổn thất được thực hiện dựa trên
việc xác định trạng thái của tất cả các khóa đóng cắt trong lưới điện sao cho giá trị
tổn thất tối ưu cuối cùng đạt được.
I. Ali, M. S. Thomas và P. Kumar với cơng trình nghiên cứu, “Energy
efficient reconfiguration for practical load combinations in distribution systems” đã
định nghĩa hiệu quả năng lượng điện của lưới điện phân phối như là một hàm đa
biến trên cơ sở thực hiện phân bố tải [7]. Các kịch bản được đặt ra trong nghiên cứu


5
nhằm đảm bảo các tiêu chí về giới hạn điện áp, tổn thất công suất tác dụng và độ tin
cậy cung cấp điện.
S. Islam, S. Juyel và M. Ahmed với cơng trình nghiên cứu, “Role of network
reconfiguration in loss reduction in power generation and supply system” đã thực
hiện các nghiên cứu để khẳng định vai trò của việc tái cấu trúc lưới điện cho mục
tiêu cực tiểu các tổn thất công suất tác dụng và công suất phản kháng [8]. Các kết
quả nghiên cứu cũng cho thấy rõ ràng rằng việc cực tiểu hóa các tổn thất cơng suất
tác dụng và công suất phản kháng là cũng cần thiết cho bài toán ổn định điện áp

nhằm đảm bảo vận hành hệ thống điện kinh tế và tin cậy. Các kết quả nghiên cứu
được thể hiện thông qua các giá trị điện áp nút trước và sau tái cấu trúc lưới điện.
Thuật toán Newton-Raphson được sử dụng cho bài toán phân bố công suất kết hợp
với kỹ thuật tái cấu trúc lưới điện.
A. Arif, Z. Wang, J. Wang và C. Chen với cơng trình nghiên cứu, “Power
distribution system outage management with co-optimization of repairs,
reconfiguration and DG dispatch” đã giới thiệu giải thuật quản lý mất điện cho các
lưới điện phân phối bao gồm 2 bước [9]. Bước 1 là tụ hợp các nhiệm vụ sửa chữa
của tất cả các phần tử phân phối và phát điện bị hư hỏng mà được dựa trên các
khoảng cách của chúng tính từ trạm biến áp, cũng như khả năng sẳn có của các
nguồn để nâng cao hiệu quả tính tốn trong việc đưa là lời giải cho bài toán quản lý
mất điện của các hệ thống điện phân phối lớn. Bước 2 là để đồng tối ưu các nhiệm
vụ sửa chửa, tái cấu trúc và điều phối DG sao cho cực đại hiệu quả bài toán phân bố
tải và cực tiểu thời gian sửa chửa. Bài toán sửa chửa và phục hồi hoạt động của lưới
điện phân phối được xây dựng và giải quyết dựa trên kỹ thuật quy hoạch tuyến tính
số nguyên hổn hợp. Các kết quả của nghiên cứu cũng đã chứng minh được tính hiệu
quả của phương án đồng tối ưu hóa thời gian sửa chửa và phục hồi trạng thái làm
việc bình thường cho lưới điện phân phối.
K. B. Freitas, C. F. M. Toledo, A. C. B. Delbem, “Optimal reconfiguration of
electric power distribution systems using exact approach”, đã thực hiện các thay đổi
cấu trúc lưới điện thông qua việc điều khiển các khóa đóng/cắt [10]. Đây là bài tốn
tối ưu hóa mà một trong các mục tiêu là để cực tiểu hóa các tổn thất cơng suất tương
ứng với các ràng buộc như cô lập sự cố, cân bằng tải và cải thiện chất lượng điện áp


6
nút. Các tác giả xem xét tất cả các ràng buộc của bài tốn này dưới dạng tuyến tính
và đơn giản. Điều này cũng có nghĩa là khơng cần thực hiện tuyến tính hóa mà sẽ
dẫn đến một mơ hình chính xác để cực tiểu hóa các tổn thất.
1.5.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

Vũ Văn Đang, "Giải pháp vận hành hiệu quả mạng phân phối áp dụng cho
mạng phân phối 22kV Rạch Giá - Kiên Giang", Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học
Bách Khoa Tp. HCM, 2012 đã nghiên cứu và đưa ra các giải pháp vận hành hiệu
quả mạng phân phối [11]. Trên cơ sở đó, tác giả đã áp dụng phần mềm mơ phỏng
trên máy tính để tính tốn, đánh giá chất lượng điện năng và tổn thất điện năng cho
mạng phân phối 22kV Rạch Giá - Kiên Giang.
Nguyễn Hoàng Tỷ, "Tối ưu các giải pháp vận hành cho lưới điện 22kV Tp.
Cà Mau", Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM, 2015 đã
nghiên cứu đề xuất các giải pháp vận hành sau cho hiệu quả nhất mà được áp dụng
thực tế tại Công ty Điện lực Tp. Cà Mau nhằm đảm bảo vận hành lưới điện với các
tiêu chí như đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo tổn thất công suất tác dụng
và tổn thất điện năng trong toàn lưới điện là nhỏ nhất, đảm bảo chất lượng điện
năng với điện áp vận hành tại các nút nằm trong phạm vi cho phép; đảm bảo giảm
được dòng ngắn mạch khi có sự cố để lựa chọn lắp đặt các thiết bị bảo vệ phù hợp
và giảm chi phí đầu tư, . . .[12].
Đinh Thành Việt và Nguyễn Hồng, “Tính tốn lựa chọn phương án kết lưới
hiệu quả lưới điện cáp ngầm 22kV Khu du lịch Bãi Dài - Cam Ranh” đã trình bày
một phương pháp tiếp cận để giải quyết bài tốn tìm cấu trúc tối ưu cho lưới điện
phân phối cáp ngầm bằng phương pháp kết hợp giữa phân tích và kinh nghiệm thực
tế của các chuyên gia về quy hoạch lưới điện trên thế giới [13]. Đồng thời, các tác
giả cũng đã xây dựng chương trình tính tốn tìm kiếm cấu trúc tối ưu và ứng dụng
để đề xuất phương án kết lưới hiệu quả cho lưới điện 22kV cáp ngầm tại Khu du
lịch Bãi Dài, Huyện Cam Ranh, Tỉnh Khánh Hòa.
Trương Việt Anh, “Hệ chuyên gia mờ vận hành hệ thống điện phân phối”,
Luận án Tiến Sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, 2005 đã đề xuất hai giải
thuật mới là kết nối và vịng kín [14]. Luận án đã giải quyết được một số vấn đề


7
giữa mơ hình tốn và thực tế. Đồng thời, Luận án cũng đã mơ tả tính chất quan hệ

phi tuyến giữa các hàm mục tiêu đơn lẻ với nhau và các điều kiện vận hành bằng
quan hệ mờ khi giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối theo hàm đa mục tiêu.
Ngô Văn Dưỡng và Nguyễn Dương Long, “Tính tốn lựa chọn cấu trúc hợp
lý cho lưới phân phối 22kV tại khu vực miền Trung và Tây Nguyên” đã trình bày
các phương pháp tính tốn, phân tích để lựa chọn cấu trúc hợp lý cho lưới điện phân
phối 22kV [15]. Qua tìm hiểu ưu nhược điểm các dạng cấu trúc lưới điện phân phối
đang sử dụng trên thế giới, các tác giả đã đề xuất sử dụng kết hợp cấu trúc theo
chuẩn Châu Âu và chuẩn Bắc Mỹ cho lưới điện phân phối tại khu vực Miền Trung
và Tây Nguyên.
1.6. Bố cục của luận văn
Bố cục của luận văn bao gồm 5 chương:
- Chương 1: Giới thiệu
- Chương 2: Tổng quan về bài toán vận hành lưới điện phân phối
- Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân
phối
- Chương 4: Áp dụng các giải pháp vận hành tối ưu lưới điện phân phối
22 kV - Công ty Điện lực Gia Định
- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển trong tương lai

1.7. Kết luận
Lưới điện phân phối giữ một vai trò quan trọng trong phân phối điện năng
đến các hộ sử dụng điện. Để đảm bảo lưới điện vận hành với các mục tiêu của độ
tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng và tổn thất công suất tác dụng, các giải
pháp cần phải được đề xuất và áp dụng. Các giải pháp đề xuất được áp dụng cho
lưới điện phân phối 22 kV - Công ty Điện lực Gia Định.


8

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Đặc điểm của hệ thống điện
- Hệ thống điện là một thể thống nhất bao gồm nguồn điện, lưới điện và phụ
tải. Hệ thống điện được sử dụng để sản xuất, phân phối và biến đổi năng lượng điện
thành các dạng năng lượng khác trong cùng một thời điểm. Hệ thống điện có một số
đặc điểm như sau:
+ Cấu trúc vận hành hở;
+ Khơng dự trữ được;
+ Tồn thể các phần tử trong hệ thống điện là một hệ thống nhất;
+ Tổng năng lượng phát bằng tổng năng lượng tiêu thụ.
- Các quá trình quá độ trong hệ thống điện diễn ra nhanh chóng.
- Hệ thống điện gắn liền với sự phát triển của công nghiêp, sinh hoạt, thông
tin, giao thông và phải đảm bảo:
+ Độ tin cậy cung cấp điện;
+ Chất lượng điện năng.
2.2. Đặc điểm của lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối là lưới điện giữa chức năng chuyển tải điện năng trực
tiếp từ các trạm biến áp trung gian đến khách hàng. Có thể nhận thấy rằng, thông
thường lưới truyền tải được vận hành mạch vịng hay hình tia. Trong khi đó, lưới
phân phối luôn được vận hành mạch hở trong mọi trường hợp. Nhờ cấu trúc vận
hành hở mà hệ thống rơle bảo vệ chỉ cần sử dụng loại rơle quá dòng. Để tái cung
cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các phát tuyến đều có các mạch vịng
liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp trung gian
khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố. Việc khơi phục lưới được
thực hiện thơng qua các thao tác đóng/cắt các thiết bị bảo vệ hiện có trên lưới.
Một đường dây phân phối ln có nhiều loại phụ tải khác nhau (chiếu sáng
sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp,…) và các phụ tải này được phân bố
không đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải có các thời điểm đỉnh khác nhau

9
và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong mùa. Vì vậy, trên các đường dây,
đồ thị phụ tải khơng bằng phẳng và ln có sự chênh lệch cơng suất tiêu thụ. Điều
này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, ngoài việc thay đổi cấu trúc
lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khố điện hiện có trên lưới
thì việc sử dụng các nguồn phân tán là một trong những giải pháp cần xem xét. Vì
vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khố điện (Recloser, LBS, DS…) sẽ được lắp
đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khố này với mục đích vừa
có thể giảm chi phí vận hành và vừa giảm tổn thất năng lượng.
Bên cạnh đó, trong q trình phát triển với phụ tải liên tục thay đổi, cần phải
có nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối khác nhau để phù hợp với tình hình
cụ thể.
2.3. Vận hành hệ thống điện
Vận hành hệ thống điện là tập hợp các thao tác nhằm duy trì chế độ làm việc
bình thường của hệ thống điện sao cho đáp ứng được các yêu cầu về chất lượng, độ
tin cậy và hiệu quả kinh tế. Hệ thống điện bao gồm các phần tử có mối liên hệ chặt
chẽ với nhau. Độ tin cậy và hiệu quả kinh tế của hệ thống điện xuất phát từ độ tin
cậy và chế độ làm việc kinh tế của từng phần tử trong hệ thống điện.
Sự ra đời của các thiết bị điện với công nghệ mới, dẫn đến các yêu cầu về
vận hành các thiết bị điện nói riêng và hệ thống điện nói chung ngày càng trở nên
nghiêm ngặt. Cũng như đối với tất cả các thiết bị điện, vấn đề vận hành hệ thống
điện trước hết cần phải được thực hiện theo đúng quy trình quy phạm. Các quy trình
sử dụng thiết bị điện do các nhà chế tạo cung cấp và hướng dẫn. Quy trình vận hành
các phần tử của hệ thống điện được xây dựng trên cơ sở các quy trình sử dụng thiết
bị điện có xét đến những đặc điểm công nghệ của hệ thống.
2.3.1. Nhiệm vụ vận hành hệ thống điện
Các phần tử trong hệ thống điện có làm việc được tốt và tin cậy hay không
phần lớn là do quá trình vận hành quyết định.
Khi vận hành mỗi phần tử cần phải hoàn thành các nhiệm vụ sau: