Nghiên cứu giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện khu vực tân phước

TÓM TẮT

Hiện nay, hệ thống lưới điện phân phối trên địa bàn Điện lực Tân Phước quản
lý như sau: lưới trung thế gồm có 4 phát tuyến dây trung thế nổi với tổng chiều dài
278,055km. Tổng số trạm biến thế phân phối 439 trạm/22.045kVA. Tổng chiều dài
lưới hạ thế là 380,292km có mức độ cân bằng pha khơng cao. Tổng số khách hàng là
21.203 khách hàng. Hệ thống điện hạ thế được thiết kế theo dạng hở. Các tuyến hạ
thế khơng được kết vịng để hỗ trợ khi sự cố một MBA. Tổn thất trên lưới điện của
Điện lực Tân Phước năm 2017 là 7,53% trong đó tỷ lệ tổn thất hạ thế là 6,8%. Do đó
nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới lưới hạ thế là điều cấp
thiết của các điều độ viên và kỹ sư của Điện lực Tân Phước.
Mục tiêu của luận văn là áp dụng một gói giải pháp bao gồm: Cân bằng tải giữa
các trạm biến áp hạ thế, thực hiện xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu trên lưới hạ
thế hình tia để giảm tổn thất điện năng trên lưới hạ thế của Điện lực Tân Phước.
Đối tượng thử nghiệm trong luận văn là lưới hạ thế của 03 trạm hạ thế có nguồn
điện các pha khác nhau mang tính rất đặc trưng của Điện lực Tân Phước. Các lưới
điện này có cầu hình 1 pha 3 dây gần nhau có chiều dài gần 1000m. Giải pháp giảm
tổn hao bao gồm việc kéo thêm các nối tuyến giữa các lưới hạ thế và xác định lại
điểm dừng tối ưu của các lưới hạ thế nhằm giảm tổn thất năng lượng cho lưới hạ thế.
Kết quả tổn thất năng lượng giảm từ 0,042% xuống còn 0,028%.

v


SUMMARY
At present, the distribution grid system in Tan Phuoc power area is managed
as follows: Medium voltage grid consists of 4 medium voltage transmission lines with
a total length of 278,055 km. Total distribution stations 439 stations / 22,045kVA.
Total foot length width is 380,292km with the balance level with high phase. The
total length of the low voltage grid is 380,292 km, which has a low level of phase
equilibrium. The total number of customers is 21,203. The low voltage system is

designed in open type. Low-voltage lines are not looped to support a mid-level MBA
incident. The loss on the grid of Tan Phuoc Electricity in 2017 is 7,53%, in which the
low loss rate is 6,8%. Therefore, research on measures to reduce power losses on the
low voltage grids is urgently required by regulators and engineers of Tan Phuoc
Power.
The objective of the thesis is to apply a package of solutions including: Load
balancing between low voltage transformer stations, optimal positioning and offset
capacities on low voltage grid to reduce power loss Low voltage network of Tan
Phuoc Power.
Experimental subjects in the thesis are low voltage grid of 03 low voltage
power stations with different characteristics of Tan Phuoc Power. These grids have
single-phase, three-wire circuits of nearly 1000m in length. Loss reduction measures
include the extension of the link between the low voltage grids and the redetermination of the optimum stopping points of the low voltage grids to reduce the
loss of power to the low voltage grid. The resulting energy loss decreased from
0.042% to 0.028%.

vi


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao luận văn
LÝ LỊCH KHOA HỌC ......................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................................. iii
CẢM TẠ ......................................................................................................................................... iv
TÓM TẮT ......................................................................................................................................... v
SUMMARY ...................................................................................................................................... vi

MỤC LỤC................................................................................................................................... vii
Chương 1 ....................................................................................................................................... 1
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN .................................................................................................................. 1
1.1

Lý do chọn luận văn........................................................................................................ 1

1.2

Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn ............................................................................... 1

1.3

Phương pháp thực hiện ................................................................................................. 2

1.4

Cấu trúc luận văn............................................................................................................ 2

Chương 2 ........................................................................................................................................ 3
TỔNG QUAN ................................................................................................................................... 3
2.1

Tổng quan....................................................................................................................... 3

2.2

Các phương pháp giải bài toán tổn hao, giảm

A ........................................................ 4

2.1.1 Bài toán 1 – Cực tiểu hàm chi phí vận hành...................................................................... 5
2.1.2 Bài tốn 2 – Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng ................................................................ 6
2.1.3 Bài tốn 3 – Cân bằng cơng suất giữa các đường dây và trạm biến áp ............................ 8
2.1.4 Bài toán 4 – Khôi phục lưới điện phân phối sau sự cố ...................................................... 8
2.1.5 Bài toán 5 - Cân bằng tải theo hàm đa mục tiêu............................................................... 8
2.1.6 Bài toán 6 – Xác định cấu hình lưới giảm
2.1.6.1

P là bài tốn quan trọng nhất. ................... 10

Các phương pháp giải bài toán 6 - Cân bằng tải giảm

vii

P ................................... 10


2.1.6.1.1

Tính tốn điểm mở tối ưu TOPO .......................................................................... 10

2.1.6.1.2

Kết hợp heuristics và tối ưu hóa .......................................................................... 11

2.1.6.1.3

Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics. ....................................................... 12

2.1.6.1.4

Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo............................................................... 13

2.1.6.1.5

Phương pháp đơn giản hóa lưới điện phân phối để xây dựng lưới điện mới đơn

giản hơn về số phụ tải .............................................................................................................. 15
2.1.7 Cơ sở lựa chọn bài toán 6 đối với lưới điện Điện lực Tân Phước ................................... 15
Chương 3: ..................................................................................................................................... 17
PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN ............................................................................................................. 17
3.1

Giới thiệu...................................................................................................................... 17

3.2

Đơn giản hóa lưới điện phân phối tại Điện lực Tân Phước. ......................................... 18

3.3

Cân bằng tải lưới điện bằng phần mềm PSS/ADEPT. ................................................... 19

3.3.1

Giới thiệu tổng quan về phần mềm PSS/ADEPT . .................................................... 19

3.3.2

Ứng dụng PSS/ADEPT trong luận văn....................................................................... 21

3.4

Cách đánh giá tính hiệu quả của lưới điện sau khi cân bằng tải. ................................. 21

3.5

Cách tính tổn thất lưới điện trước và sau cân bằng tải. .............................................. 22

3.5.1

Xây dựng đồ thị phụ tải đặc trưng. .......................................................................... 22

3.5.2

Tính tổn thất điện năng............................................................................................ 24

Chương 4 ...................................................................................................................................... 25
ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC TÂN PHƯỚC ................................................... 25
4.1

Mô tả lưới điện phân phối Điện lực Tân Phước .......................................................... 25

4.2

Xây dựng lưới điện phân phối Điện lực Tân Phước vào phần mềm PSS/ADEPT ......... 27

4.2.1
4.3

4.3.1
4.4

Cách thức xây dựng .................................................................................................. 27
Xây dựng lưới điện ....................................................................................................... 31
Cách thức xây dựng .................................................................................................. 31
Tính tốn tốn thất trước và sau khi cân bằng tải lưới điện phân phối Điện lực Tân

Phước 31

viii


4.4.1

Tính tốn tổn thất trước và sau khi cân bằng tải: .................................................... 31

4.4.2

Đánh giá hiệu quả tính tốn tổn thất lưới trước và sau khi cân bằng tải ................ 33

Chương 5 ...................................................................................................................................... 34
KẾT LUẬN...................................................................................................................................... 34
5.1

Thành quả thu được..................................................................................................... 34

5.2

Hạn chế của luận văn ................................................................................................... 35

5.3

Hướng phát triển.......................................................................................................... 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................................... 36
PHỤ LỤC ....................................................................................................................................... 38

ix


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MBA

Máy biến áp

PSS/ADEPT

The

Power

System

Simulator/Advanced

Engineering Productivity Tool
TBA

Trạm biến áp

TOPO

Tie Open Point Optimization

EVNSPC

Tổng Công ty Điện lực Miền Nam

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition

REC

Recloser

LBS

Load Break Switch

DS

Distance Switch

LTD

Line tension disconnecting switch

LBFCO

Load Break Fuse Cut Out

FCO

Fuse Cut Out

x

Distribution


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang tựa

TRANG

Bảng 4.1 Khối lượng quản lý của Điện lực Tân Phước…………………………….26
Bảng 4.2 Kết quả tính tốn tổn thất trước và sau khi cân bằng tải trong một ngày…32
Bảng 4.3 Kết quả các khóa thay đổi trạng thái khi chạy bài toán TOPO…………..32

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang tựa

TRANG

Hình 2.1 Lưu đồ giải thuật của Chen và Cho…………………………………………7

Hình 2.2 Lưu đồ giải thuật của Rubin Taleski và Dragoslav………………………..8
Hình 2.3 Thuật tốn xác định điểm mở tối ưu TOPO……………………………….10
Hình 2.4 Giải thuật của Merlin và Back được Shirmohammadi chỉnh sửa…………12
Hình 2.5 Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự……………………………13
Hình 3.1 Đồ thị phụ tải điển hình theo từng loại phụ tải……………………………23
Hình 4.1 Biểu đồ tình hình thực hiện tỷ lệ tổn thất so với chỉ tiêu…………………26
Hình 4.2 Biểu đồ tỷ lệ tổn thất phía hạ thế năm 2015, 2016, 2017 và 7 tháng 2018....27
Hình 4.3 Mơ hình 3 tuyến dây hạ thế của 03 TBA…………………………………28
Hình 4.4 Bảng thơng số nút………………………………………………………...29
Hình 4.5 Bảng thơng số dân dẫn……………………………………………………29
Hình 4.6 Bảng thơng số tải…………………………………………………………30
Hình 4.7 Bảng thơng số máy biến áp……………………………………….………30
Hình 4.8 Bảng thơng số các khóa…………………………………………………..30
Hình 4.9 Kết quả trạng thái khi chạy bài tốn TOPO……………………….……...30

xii


Chương 1
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1 Lý do chọn luận văn
Hiện tại, trên thế giới có trên 136 nước đang sử dụng phần mềm PSS/ADEPT
phục vụ cơng tác tính tốn và vận hành lưới điện phân phối của các Điện lực nhằm
giảm tổn thất điện năng đến mức thấp nhất. Chính vì vậy, Tập đồn Điện lực Việt
Nam đã đặc mục mục tiêu cho các Điện lực phấn đấu giảm tổn thất điện năng <=7,0%.
Hệ thống điện hạ thế được thiết kế theo dạng hở. Các tuyến hạ thế không được
kết vòng để hỗ trợ khi sự cố một TBA. Tổn thất trên lưới điện của Điện lực Tân Phước
năm 2017 là 7,53% trong đó tỷ lệ tổn thất hạ thế là 6,8%. Do đó nghiên cứu các biện
pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới lưới hạ thế là điều cấp thiết của các điều độ
viên và kỹ sư của Điện lực Tân Phước.

Mục tiêu của luận văn là áp dụng một gói giải pháp bao gồm: Cân bằng tải giữa
các trạm BA hạ thế, thực hiện xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu trên lưới hạ thế
hình tia để giảm tổn thất điện năng trên lưới hạ thế của Điện lực Tân Phước.
Đối tượng thử nghiệm trong luận văn là lưới hạ thế của 03 trạm hạ thế có nguồn
điện các pha khác nhau mang tính rất đặc trưng của Điện lực Tân Phước. Các lưới
điện này có cấu hình 1 pha 3 dây gần nhau có chiều dài gần 1000m. Giải pháp giảm
tổn hao bao gồm việc kéo thêm các nối tuyến giữa các lưới hạ thế và xác định lại
điểm dừng tối ưu của các lưới hạ thế, sau đó tiến hành bù tối ưu nhằm giảm tổn thất
năng lượng cho lưới hạ thế. Kết quả tổn thất năng lượng giảm từ 0,042% xuống
0,028%.
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật phù hợp để cân bằng tải phân phối
hiện hữu nhằm giảm tổn thất công suất và giảm tổn thất điện năng trên các tuyến
đường dây đang cung cấp.
Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn
đề sau:

1


-

Tìm hiểu các phương pháp cân bằng tải phân phối của các nhà nghiên
cứu đi trước.

-

Ứng dụng chương trình PSS/ADEPT phân hệ TOPO tái cấu hình lưới
điện hạ thế của 03 trạm tại Điện lực Tân Phước.

1.3 Phương pháp thực hiện
Chúng ta sử dụng các phương pháp sau:
-

Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề cân
bằng tải lưới điện.

-

Cơ sở lý thuyết liên quan đến luận văn nghiên cứu.

-

Thành tựu lý thuyết đã đạt được có liên quan đến luận văn nghiên cứu.

-

Kết quả nghiên cứu đã công bố trên các ấn phẩm và có liên quan đến
luận văn nghiên cứu.

-

Các số liệu thống kê liên quan đến luận văn nghiên cứu.

-

Dựa trên kết quả nghiên cứu để cân bằng tải giữa các TBA thực tế tại
Điện lực Tân Phước nhằm giảm tổn thất điện năng.

1.4 Cấu trúc luận văn

Luận văn bao gồm các chương sau:
-

Chương 1: Giới thiệu luận văn

-

Chương 2: Tổng quan

-

Chương 3: Phương pháp tiếp cận

-

Chương 4: Áp dụng vào lưới điện phân phối điện lực Tân Phước

-

Chương 5: Kết luận

2


Chương 2

TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan
Hiện nay, Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã và đang nỗ lực trong “cuộc chiến”
giảm thiểu tổn thất về điện năng. Theo thống kê của EVNSPC, năm 2017 tổng tổn

thất điện năng 4,44%, tổng sản lượng điện thương phẩm đạt 60 tỷ 330 triệu kWh. Một
số nguyên nhân chính gây tổn thất điện như thiếu cơng suất vơ cơng giờ cao điểm,
dịng điện tải trên hệ thống sẽ rất lớn dẫn đến tổn thất trên đường dây tăng. Một vấn
đề khác là trong cơ cấu phụ tải điện ánh sáng, sinh hoạt vẫn chiếm tỷ trọng lớn, sản
lượng điện công nghiệp thấp và công tác quản lý vẫn còn hạn chế, vẫn còn tổn thất
thương mại. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong
ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải khơng
bằng phẳng và ln có sự chênh lệch công suất tiêu thụ. Điều này gây ra quá tải đường
dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Chính vì những điều này, một bài tốn khó khăn đã được đặt ra là bằng cách
nào đơn giản nhất có thể với kinh phí thấp nhất để làm giảm tổn thất điện năng trên
toàn lưới điện.
Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng và nâng cao
độ tin cậy trên lưới điện phân phối như:
-

Nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối.

-

Hạn chế vận hành không đối xứng.

-

Giảm chiều dài đường dây.

-

Cải tạo nâng tiết diện dây dẫn hoặc giảm bán kính cấp điện của các trạm

biến áp tỷ lệ tổn thất thấp, lõi thép làm bằng vật liệu thép tốt.
Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi
phí đầu tư và lắp đặt thiết bị. Chẳng hạn, phụ tải có đặc điểm biến động theo thời gian
và tăng lên theo khu vực, do đó dung lượng thiết bị bù cơng suất phản kháng tại các
nút sẽ luôn thay đổi chứ không bất biến. Do vậy cần phải xác định lại các vị trí lắp

3


đặt và điều chỉnh lượng công suất bù trên lưới điện khi cần thiết. Với vị trí lắp đặt và
lượng cơng suất bù tối ưu, có thể giảm tổn thất điện năng [1, 2]. Vận hành không đối
xứng ảnh hưởng đến tỷ lệ tổn thất nhưng việc xác định và phân tích các phương án
vận hành tìm ra phương án tối ưu rất khó khăn. Trong [3, 4, 5], biện pháp cân bằng
tải trên lưới cũng có thể giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng công
suất giữa các tuyến dây mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện. Khơng chỉ
dừng lại ở mục tiêu giảm tổn thất điện năng, cân bằng tải phân phối cịn có thể nâng
cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu
thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây.
Trong quá trình vận hành, [4, 6, 7] thực tế việc cân bằng tải nhằm giảm tổn
thất công suất và nâng cao độ tin cậy trong điều kiện phải thoả mãn các ràng buộc kỹ
thuật với hàng trăm khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vơ cùng khó khăn
đối với các nhân viên vận hành. Do đó ln cần một phương pháp phân tích phù hợp
với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để cân bằng tải trong điều
kiện thoả mãn các mục tiêu điều khiển của các điều độ viên.
Tuy nhiên, một vài khó khăn đã xảy ra trong việc xử dụng phương pháp cân
bằng tải lưới điện đó chính là:
- Lưới điện phân phối của Điện lực Tân Phước thường có khoảng 200 –
900 nút phụ tải (tương đối lớn) với khoảng 100 – 500 nhánh, do đó việc
tính tốn các thơng số kỹ thuật vận hành gặp rất nhiều khó khăn, mặc dù
trên thực tế đã có khá nhiều phần mềm áp dụng để quản lý kể cả trong khâu

kỹ thuật cũng như khâu kinh doanh.
- Chúng ta khơng có đồ thị phụ tải P(t) và Q(t), mà chỉ có điện năng tiêu
thụ A, gây khó khăn cho việc tính tốn.
2.2 Các phương pháp giải bài tốn tổn hao, giảm

A

Có rất nhiều phương pháp để giải bài toán tổn hao dưới đây là sáu bài toán
thường được sử dụng nhiều nhất
Bài toán 1 : Cực tiểu hàm chi phí vận hành.
Bài tốn 2:

Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng.

4


Bài tốn 3:

Cân bằng cơng suất giữa các đường dây và trạm biến áp

Bài tốn 4:

Khơi phục lưới điện phân phối sau sự cố.

Bài toán 5:

Cân bằng tải theo hàm đa mục tiêu.

Bài tốn 6:

Xác định cấu hình lưới giảm

P là bài toán quan trọng

nhất.
Các bài toán xác định cấu hình vận hành của một lưới điện phân phối cực tiểu
tổn thất năng lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện kỹ thuật
vận hành luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện.
2.1.1 Bài toán 1 – Cực tiểu hàm chi phí vận hành
Hàm mục tiêu này rất phù hợp với lưới điện phân phối có chi phí chuyển tải
thấp, linh hoạt trong vận hành, cấu hình lưới có thể thay đổi nhiều lần trong ngày. Đi
đầu trong nghiên cứu bài tốn này có lẽ là C.S.Chen và M.Y. Cho khi có xem xét sự
khác biệt giữa thời gian khảo sát ngắn (24 giờ) và dài (tuần, mùa). Lưu đồ giải thuật
xác định cấu hình lưới điện để có chi phí vận hành thấp của Chen và Cho được trình
bày tại hình 1.1 trong lưu đồ này, modul quan trọng nhất là modul chỉ ra cấu hình vận
hành tối ưu trong thời khoảng Ti, và được đánh giá là bài tốn 3. Việc thay đổi cấu
hình lưới như sau: Xuất phát từ một cấu hình lưới điện tối ưu tại một thời điểm nào
đó - bài tốn 3, sau đó so sánh tổn thất cơng suất giữa cấu hình cũ và cấu hình mới
để xác định cấu hình vận hành cho thời điểm tiếp theo, quá trình được xem xét cho
đến hết 24 giờ.
Ưu điểm nổi bật là giải thật đơn giản, trong sáng. Tuy nhiên thời gian giải lâu
do phải lặp lại bài toán 3 theo từng thời đoạn trong thời gian khảo sát, tác giả cũng
không lý giải chặt chẽ giá trị công suất đẳng trị của phụ tải để xác định cấu hình tối
ưu trong thời đoạn Ti. Quan trọng hơn, cấu hình vận hành hồn tồn phụ thuộc vào
thời đoạn xét ban đầu. bài tốn 1 chỉ thực sự phù hợp cho lưới điện có hệ thống
SCADA hồn chỉnh và các khố điện được điều khiển từ xa khi áp dụng cho lưới điện
thực tế.

5

Begin
Dữ liệ u và o : Lướ i điệ n , khoá , tả i
T=T+1
Ướ c tính mứ c giả m tổ n thấ t
Tính toá n hà m chi phí, chỉ
ra cấ u trú c vậ n hà n h tố i ưu

Y
N

Độ giả m tổ n thấ t <
N

T > 24

Lự a chọ n thao tá c
khoá có mứ c giả m
tổ n thấ t lớ n nhấ t

Y
Vi phạ m cá c điề u kiệ n

Y

N
Cậ p nhậ t cấ u trú c lướ i điệ n
Stop

Hình 2.1 Lưu đồ giải thuật của Chen và Cho
2.1.2 Bài toán 2 – Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng
Trong thực tế, ngay cả ở những nước công nghiệp tiên tiến, chi phí chuyển tải
ảnh hưởng rất lớn đến quyết định thay đổi cấu hình lưới. Vì đơi khi chi phí này lớn
hơn nhiều lợi ích thu được. Vì thế trong vận hành, cấu hình lưới chỉ thay đổi khi:
-

Phải cô lập sự cố và cân bằng tải chống quá tải lưới, máy biến thế nguồn

-

Mức giảm tổn thất năng lượng ít nhất đủ bù đắp các chi phí chuyển tải.
Vì vậy xuất hiện bài tốn 2 - Xác định cấu hình lưới điện khơng đổi trong thời

gian khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất.
Tiếp cận bài toán này, Rubin Taleski đề nghị một giải thuật cũng dựa vào giải
thuật giảm tổn thất công suất thuần heuristic của Civanlar nhưng thay hàm tổn thất
công suất bằng hàm tổn thất năng lượng được xây dựng bằng cách cộng đồ thị phụ
tải và điện áp trung bình tính trong 24 giờ theo lưu đồ hình 1.2.

6


- Cài tất cả các vòng ở trạng thái không tối ưu
- Tối ưu hoá các vòng độc lập
- Tính điện áp trung bình tại các nút và dòng công suất trung bình
- Đánh dấu các vòng ở trạng thái không tối ưu khi có dòng công suất thay đổi

Có vòngchưa
tối ưu không

Không

Có
- Chọn vòng kế tiếp để tối ưu hoá
- Ước tính tổn thất năng lượng sẽ giảm
- Chọn nhành trong vòng để mở

Tìm được
nhánh mở tốt

Có

Không
Đánh dấu vòng vừa mở là tối ưu
Thay đổi cấu trúc lưới và lưu trữ để so sánh với vòng lặp kế tiếp
Cấu trúc lưới điện tối ưu

Hình 2.2 Lưu đồ giải thuật của Rubin Taleski và Dragoslav
Ưu điểm nổi bật của giải thuật là số vịng lặp của bài tốn giảm
số vịng lặp tìm cấu trúc lưới có

A bằng với

P sau khi qui đổi đồ thị phụ tải, điện áp thành một

lượng cơng suất đẳng trị để có thể sử dụng cơng thức giảm tổn thất công suất.
Tuy nhiên những nhược điểm cơ bản của giải thuật có thể liệt kê như sau:
-

Thời gian giải lâu do phải tính lại độ giảm tổn thất công suất đẳng trị (đại

diện cho việc giảm

A) trên một vịng kín khi đánh giá tìm vịng kín chuyển tải

tốt nhất.
-

Khi trên lưới có quá nhiều loại đồ thị phụ tải, xác định tổn thất công suất

đẳng trị cũng rất phức tạp làm giảm tốc độ tính tốn đáng kể do phải tính các chỉ
P

Q

số  2 , 2 khi cộng các đồ thị phụ tải với nhau.
-

Trong thực tế, để có đầy đủ đồ thị phụ tải của tải là điều khó khăn.

7


2.1.3 Bài tốn 3 – Cân bằng cơng suất giữa các đường dây và trạm biến
áp
Giải thuật này áp dụng phù hợp cho những khu vực thường xuyên bị quá tải
hay có phụ tải khơng ổn định. Tim Taylor đề nghị một hàm mục tiêu khác nhưng chỉ
xem xét đến cân bằng tải giữa các máy biến thế nguồn của lưới điện phân phối.
H.Yuan-Yih Hsu cũng sử dụng hàm mục tiêu tương tự nhưng áp dụng cho toàn

bộ phần tử lưới điện gồm máy biến thế, khoá điện, đường dây.
Nhưng đơn giản và hiệu quả nhất có lẽ là Baran khi đưa ra hàm mục tiêu cân
bằng tải cho toàn bộ các phần tử trên lưới điện dựa vào bài toán 3 để giải quyết. Với
lý luận này, Baran đã chuyển bài tốn tái cấu hình cân bằng tải thành bài tốn tái cấu
hình giảm tổn thất cơng suất.
2.1.4 Bài tốn 4 – Khơi phục lưới điện phân phối sau sự cố
Đây là mục tiêu được đông đảo các nhà khoa học đề cập trong các nghiên cứu
của mình. Tuy có nhiều hướng nghiên cứu riêng biệt nhưng chủ yếu các giải thuật
vẫn theo các trình tự như sau:
- Loại bỏ phần tử bị sự cố trên lưới.
- Cân bằng tải để cấp điện với số khách hàng tối đa mà không gây quá tải.
Các giải thuật nghiêng về cách sử dụng hàm mục tiêu cân bằng tải và giảm số lần
thao tác khố để khơi phục lưới. Những nghiên cứu sâu về bài toán này phải kể đến
nghiên cứu của Liu hay của Tomsovic…
2.1.5 Bài toán 5 - Cân bằng tải theo hàm đa mục tiêu
Trong vận hành lưới điện phân phối có rất nhiều mục tiêu vận hành mà nhân
viên vận hành phải lựa chọn sao cho phù hợp với các đặc tính của lưới điện tại khu
vực mà mình đang trực tiếp vận hành. Tuy nhiên, việc chọn duy nhất một mục tiêu
điều khiển theo từng thời điểm tỏ ra khơng có tính thuyết phục đối với người vận
hành hơn khi cùng lúc thỏa mãn nhiều mục tiêu cùng lúc. Đã có nhiều nghiên cứu
trong việc giải quyết bài toán đa mục tiêu như của Baran trong khi xem xét cả 2 mục
tổn thất công suất và cân bằng tải. Vấn đề được xem xét đến cả trong việc giảm độ
sụt áp khi xét hàm giảm tổn thất cơng suất. Lại có đề nghị một hàm đa mục tiêu bao

8


gồm: Cực tiểu tổn thất công suất, cân bằng tải giữa các máy biến thế, cực tiểu tổn thất
điện áp, cực tiểu số lần đóng cắt và cân bằng số tải quan trọng trên các máy biến thế
trung gian.

Nhận xét:
Các nghiên cứu trên đều đưa ra hàm đa mục tiêu gồm các hàm mục tiêu cơ bản
có quan hệ tuyến tính với hàm F. Điều này gặp một số khuyết điểm như sau:
- Do hàm đa mục tiêu được xây dựng là tổ hợp tuyến tính của các mục tiêu cơ
bản, nên cần xác định các hệ số trọng lượng giữa các thành phần này. Tuy nhiên,
không thể áp dụng các hệ số giống nhau giữa các khu vực khác nhau, giữa lưới nổi
và ngầm hay giữa các quốc gia khác nhau.
- Đối với hệ thống lưới phân phối nổi trải trên một diện tích rộng lớn thì việc
giảm tổn thất điện áp là mục tiêu quan trọng hơn cả mục tiêu giảm tổn thất công suất
hay cân bằng tải vì ở đây lưới điện có cơng suất tải tiêu thụ khơng lớn. Ngược lại
hồn tồn đối với lưới điện trong thành phố, khu công nghiệp do độ tập trung phụ tải
cao nên việc cân bằng tải đơi khi cịn quan trọng hơn cả việc giảm tổn thất công suất
tác dụng.
- Hơn nữa, rất khó xác định hệ số trọng lượng nêu trên với nhau cho bước thay
đổi cấu hình lưới tiếp theo vì chúng phụ thuộc hồn tồn vào đồ thị phụ tải trong
ngày. Ngay cả khi lựa chọn mục tiêu cân bằng công suất và giảm tổn thất công suất,
hay phải xem xét giảm độ sụt áp cuối lưới và cân bằng số tải trên các máy biến thế
của trạm trung gian, mục tiêu nào quan trọng hơn cũng thực sự gây tranh cãi. Vào giờ
cao điểm, rõ ràng nên vận hành sao cho mức cân bằng công suất trên lưới là tốt hơn
việc giảm tổn thất công suất và thoả mãn các điều kiện vận hành, nhưng nếu cân bằng
cơng suất trên lưới thì có thể dẫn đến việc sụt áp lớn hơn giá trị cho phép. Vào giờ
thấp điểm, phụ tải tiêu thụ giảm mạnh, lúc này hệ số trọng lượng lại nặng về phía tổn
thất cơng suất giảm vì rất khó xảy ra q tải trong thời điểm này.
Vì vậy, để mơ tả tỷ trọng giữa các mục tiêu trong hàm đa mục tiêu tốt hơn, cần
phải xem các quan hệ giữa các hàm mục tiêu cơ bản và hàm đa mục tiêu là quan hệ

9


phi tuyến. Tuy nhiên, đây là bài tốn khó vì khi thay đổi cấu hình, ma trận quan hệ

cũng thay đổi, gây gián đoạn các hàm mục tiêu đơn lẻ.
2.1.6 Bài tốn 6 – Xác định cấu hình lưới giảm

P là bài tốn quan trọng

nhất.
Bài tốn xác định cấu hình lưới giảm tổn thất công suất tác dụng – bài toán 6
là một bài toán quan trọng, được xem như một modul để giải quyết các bài toán khác
trong hệ thống các bài toán cân bằng tải. Điều này được chứng minh qua các giải
thuật của các nghiên cứu từ trước đến nay.
2.1.6.1Các phương pháp giải bài toán 6 - Cân bằng tải giảm

P

2.1.6.1.1 Tính tốn điểm mở tối ưu TOPO
Phần mềm PSS/ADEPT cung cấp một trình con để xác định điểm mở tối ưu
trong LĐPP sao cho tổn thất công suất trong mạng là bé nhất. Giải thuật TOPO tối
ưu hố từng phần của một lưới điện hình tia nối với một nút nguồn. Chính vì vậy mà
trong tất cả mọi cấu hình mạng điện hình tia, TOPO đều có thể định ra một cấu hình
có tổn thất cơng suất tác dụng là bé nhất.

Hình 2.3 Thuật tốn xác định điểm mở tối ưu TOPO

10


2.1.6.1.2 Kết hợp heuristics và tối ưu hóa
Việc kết hợp giữa giải thuật heuristics và tối ưu hoá cân bằng tải phân phối
cực tiểu

P tiêu tốn nhiều thời gian tính tốn nhưng lại có khả năng xác định được

cấu hình lưới điện đạt cực tiểu tồn cục và khơng phụ thuộc vào cấu hình lưới ban
đầu khi khảo sát hết số tổ hợp khố điện có thể thay đổi trạng thái.
+ Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vịng kín
Giải thuật của Merlin và Back khá đơn giản: “Đóng tất cả các khố điện lại
tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài tốn phân bố cơng suất và tiến hành mở lần
lượt các khố có dịng chạy qua bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia”. Hình
1.3 thể hiện giải thuật của Merlin và Back, đã được Shirmohammadi bổ sung. Giải
thuật này chỉ khác so với giải thuật nguyên thủy của Merlin và Back ở chỗ có xét đến
điện thế ở các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến dịng 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

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

Có

Lưới điện hình tia
Có
Xuất kết quả

Hình 2.4 Giải thuật của Merlin và Back được Shirmohammadi chỉnh sửa
Shirmohammadi sử dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một lượng công suất
không đổi để mô phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối hoạt động hở về

11


mặt vật lý nhưng về mặt toán học là một mạch vịng. Dịng cơng suất bơm vào và rút
ra là một đại lượng liên tục.
Mặc dù đã áp dụng các luật heuristics, giải thuật này vẫn cần quá nhiều thời
gian để tìm ra được cấu hình giảm tổn thất cơng suất.
- Tính chất khơng 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.
2.1.6.1.3 Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics.
Bản chất phi tuyến rời rạc của bài toán cân bằng tải phân phối đã tạo tiền đề
cho các nỗ lực nghiên cứu theo hướng sử dụng kỹ thuật chỉ thuần túy dựa trên giải
thuật 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 nghĩa
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.
+ Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh.

- Xác định được hai qui luật để giảm số lượng khóa điện cần xem xét.
o 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.
o 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.
- Xây dựng được hàm số mô tả mức giảm tổn thất cơng suất tác dụng khi có sự
thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong q trình tái cấu trúc.

12


G ia ûm s o á la àn th a o ta ùc k h o a ù ñ ie än
b a èn g c a ùc h x e m x e ùt c a ùc lu a ät h e u r is tic

T ín h to a ùn to ån th a át c o ân g s u a át c h o
c a ùc th a o ta ùc ñ o ùn g c a ét đ ư ơ ïc đ e à n g h ị

C a ùc th a o ta ùc
đ o ùn g c a ét la øm g ia ûm to ån
th a át c o ân g s u a át

K h o ân g

Có
T h ư ïc h ie än th a o ta ùc ñ o ùn g /c a ét c o ù
m ư ùc đ o ä g ia ûm to ån th a át c o ân g s u a át n h a át

P h a ân b o á c o ân g s u a át c h o lö ô ùi ñ ie än m ô ùi

K h o ân g

K ie åm tr a
q u a ù ta ûi v a ø ñ o ä s u ït a ùp
c h o p h e ùp

H e ä th o án g đ ư ơ ïc
x e m la ø to ái ư u

Có
C h o ïn th a o ta ùc ñ o ùn g /c a ét k e á tie áp

Hình 2.5 Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự.
Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau :
-

Nhanh chóng xác định phương án cân bằng tải có mức tổn thất nhỏ hơn
bằng cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ qui tắc heuristics và sử dụng công
thức thực nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tương đối.

-

Việc xác định dòng tải tương đối chính xác.

-

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

-

Mỗi bước tính tốn chỉ xem xét 01 cặp khóa điện trong 01 vịng.

-

Chỉ đáp ứng được nhu cầu giảm tổn thất, chứ chưa giải quyết được bài tốn
cực tiểu hóa hàm mục tiêu.

-

Việc cân bằng tải hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc xuất phát ban đầu.
2.1.6.1.4 Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo

+ Sử dụng ANN cân bằng tải phân phối.

13


Hệ thần kinh nhân tạo tỏ ra đặc biệt hữu dụng để thực hiện cân bằng tải vì
chúng có thể mơ phỏng mối liên hệ giữa tính chất phi tuyến tính của tải với tính chất
của mạng lưới topo nhằm cực tiểu hóa tổn thất trên dây. Mặc dù ANN làm giảm đáng
kể thời gian tính tốn ngay cả khi áp dụng cho các hệ thống phức tạp, việc ứng dụng
chúng trong thực tế vẫn gặp khó khăn do những lý do sau:
-

Thời gian huấn luyện kéo dài do tính chất phức tạp trong thao tác.

-

Việc huấn luyện cần thực hiện cho từng yếu tố cấu thành lưới điện và cần
được cập nhật, điều chỉnh một cách liên tục sau này.

-

Các số liệu mẫu phải thật chính xác để đảm bảo kết quả tính tốn có ý
nghĩa.

Việc ứng dụng ANN trong phương pháp này mang lại các kết quả tính tốn
nhanh vì khơng cần xem xét trạng thái đóng ngắt riêng rẽ trong giải thuật tổng thể.
Tuy nhiên, ANN cũng chỉ có thể tìm ra được trạng thái lưới sau cân bằng tải tốt như
tập số liệu huấn luyện. Chính vì vậy cấu trúc lưới đề nghị dùng ANN cũng không thể
chỉ ra được trạng thái cực tiểu

P.

+ Cân bằng tải bằng giải thuật gien
Đối với mạng phân phối, khi đóng một khóa điện sẽ tạo một vịng kín. Thuật
tốn đề nghị bắt đầu bằng việc đóng tất cả các khóa điện để tạo một mạng vịng. Mạng
vịng này sẽ bao gồm nhiều vịng đóng và mỗi vịng phải có một điểm mở “tốt nhất”
để cực tiểu tổn thất cho mạch hở. Mở một khóa điện trong mỗi vịng sẽ có được cấu
hình mạng hình tia. Tiếp theo là các biểu diễn chuỗi:
-

Mỗi gien biểu diễn một khóa mở trong vịng, độ dài của chuỗi bằng số vịng.

-

Nếu chuỗi có cùng một gien thì mạng có một vịng, mỗi gien trong chuỗi

khác nhau.
-

Nếu chuỗi có hai hay nhiều gien là khóa điện thơng thường trong hai vịng

khác nhau thì mạng có một nút bị cách ly.
+ Cân bằng tải bằng hệ chuyên gia

14


Có nhiều nghiên cứu giải bài tốn cân bằng tải phân phối bằng cách sử dụng
hệ chuyên gia. Có thể nói, hệ chuyên gia đã phối hợp được cách sử dụng các giải
thuật kết hợp Heuristics và tối ưu hóa cũng như các giải thuật thuần túy Heuristic với
các luật bổ sung dựa trên các điều kiện ràng buộc trong vận hành. Taylor và
Lubkeman mô tả các mục tiêu cơ bản của họ như tránh quá tải máy biến áp, q tải
đường dây và độ sụt áp khơng bình thường, các tác giả khẳng định rằng nếu thỏa mãn
các điều kiện này sẽ dẫn đến tối thiểu hóa tổn thất.
2.1.6.1.5 Phương pháp đơn giản hóa lưới điện phân phối để xây dựng
lưới điện mới đơn giản hơn về số phụ tải
Về mặt lý thuyết, có nhiều phương pháp để giảm tổn thất công suất và nâng
cao độ tin cậy trên lưới điện phân phối như: nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân
phối, tăng tiết diện dây dẫn, hoặc giảm truyền tải công suất phản kháng trên lưới điện
bằng cách lắp đặt tụ bù. Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật
nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị. Trong khi đó, biện pháp cân bằng
tải thơng qua việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khố điện có sẵn trên lưới
cũng có thể giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng công suất giữa
các tuyến dây mà khơng cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện. Không chỉ dừng lại ở
mục tiêu giảm tổn thất điện năng, cân bằng tải phân phối còn có thể nâng cao khả
năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất
điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây.
Trong quá trình vận hành, thực tế việc cân bằng tải nhằm giảm tổn thất công
suất và nâng cao độ tin cậy trong điều kiện phải thoả mãn các ràng buộc kỹ thuật với

hàng trăm khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vô cùng khó khăn đối với
các nhân viên. Do đó ln cần một phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân
phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để cân bằng tải trong điều kiện thoả mãn các
mục tiêu điều khiển của các điều độ viên.
2.1.7 Cơ sở lựa chọn bài toán 6 đối với lưới điện Điện lực Tân Phước
Từ các bài toán vận hành lưới điện phân phối, ta có thể rút ra một điều: Bài
tốn 6- xác định cân bằng tải lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất tác dụng là

15


bài tốn cơ bản, có thể dùng nó như một modul để giải các bài toán cân bằng tải theo
các hàm mục tiêu. Vì vậy. khắc phục những nhược điểm cịn tồn tại trong các giải
thuật hiện có khi giải bài toán này là một điều hết sức cần thiết.
Trong khi các bài tốn khác địi hỏi chúng ta cần phải có được đồ thị phụ tải
P(t) và Q(t) mới có thể giải quyết được thì đối với bài tốn 6 lại là vấn đề khác, ta chỉ
cần biết được giá trị của Pi , Q i là có thể hồn thành được bài tốn. Mặc khác, lưới
điện tại Điện lực Tân Phước chưa được trang bị thiết bị đo đếm để ghi nhận đồ thị
phụ tải P(t), Q(t) và việc thực hiện đo đạt ghi nhận thực tế thì khơng khả thi vì khối
lượng cơng việc rất lớn, cùng với việc thời điểm đo khơng đồng thời. Chính vì thế
việc sử dụng bài tốn 6 có ý nghĩa rất lớn vì các thơng số Pi , Q i có thể dễ dàng xác
định trong thực tế thông qua các điện năng kế hay hệ thống hóa đơn tiền điện. Hiện
nay, tất cả các máy biến áp trên lưới điện phân phối của Điện lực Tân Phước đều đã
được lắp đặt các điện kế tổng điều này cho thấy tính khả thi của giải thuật rất cao.
Và điều quan trọng nữa là việc giải quyết bài toán thứ 6 phù hợp với lộ trình
giảm tổn thất đến năm 2022 của Điện lực Tân Phước và là tiền đề để trong luận văn
ứng dụng giải các bài tốn cịn lại đối với lưới điện phân phối của Điện lực Tân
Phước.

16

Chương 3:

PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
3.1 Giới thiệu
Chương III trình bày cách thức thực hiện các bước ứng dụng trình TOPO để cân
bằng tải lưới điện phân phối nhằm cực tiểu tổn thất điện năng tại Điện lực Tân Phước.
Khi ứng dụng trình TOPO để giải bài tốn cân bằng tải lưới phân phối đối với
lưới điện lưới điện phức tạp có quá nhiều nhánh và nút như trên đã làm cho tràn bộ
nhớ xử lý của máy tính. Để giải quyết vấn đề này nhóm tác giả đã ứng dụng giải thuật
đơn giản hóa lưới điện phân phối để xây dựng lưới điện mới đơn giản hơn về số phụ
tải nhưng tương tự về số thiết bị đóng cắt, số vịng để có thể ứng dụng trình TOPO
để giải bài tốn tái cấu hình lưới điện tương đương này và kết quả của bài tốn tái
cấu hình trên lưới đơn giản tương đương như lưới điện thực tế.
Về thông số phụ tải để cập nhật vào chương trình TOPO địi hỏi đồ thị phụ tải
của từng tải trên lưới điện. Đây là cơng việc địi hỏi nhiều thời gian khảo sát, lắp đặt
thiết bị đo đạc, không phù hợp với điều kiện và hoàn cảnh hiện tại của lưới điện phân
phối huyện Tân Phước.
Tuy nhiên, đối với bài toán cân bằng tải lưới điện để giảm tổn thất điện năng
Heuristic phát biểu: “Có thể xác định cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất năng
lượng ΔA bằng giải thuật tái cấu trúc lưới giảm ΔP khi công suất tại các nút tải là
cơng suất trung bình trong thời gian khảo sát”.
Ý nghĩa thực tế của phát biểu này:
Chứng minh trên cho thấy không cần sử dụng đồ thị phụ tải P(t) và Q(t) trong
thời gian khảo sát để xác định cấu trúc lưới điện có ΔA bé nhất mà chỉ cần sử dụng

Pi , Q i của phụ tải là đủ. Điều này có ý nghĩa rất lớn vì các thơng số Pi , Q i có thể
xác định dễ dàng trong thực tế thông qua các điện kế hay hệ thống hoá đơn tiền điện.

17