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 Luan van 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 công suất vô công giờ cao điểm, dòng 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 không bằng phẳng và luôn 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 toán 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 công 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 Luan van đặt và điều chỉnh lượng công suất bù trên lưới điện khi cần thiết. Với vị trí lắp đặt và lượng công 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. 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, [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 vô cùng khó khăn đối với các nhân viên vận hành.
Do đó luôn 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 toán các thông 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 không có đồ thị phụ tải P(t) và Q(t), mà chỉ có điện năng tiêu thụ A, gây khó khăn cho việc tính toán.2 Các phương pháp giải bài toán 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 toán 2: Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng.
4 Luan van Bài toán 3: Cân bằng công suất giữa các đường dây và trạm biến áp Bài toán 4: Khôi phục lưới điện phân phối sau sự cố. Bài toán 5: Cân bằng tải theo hàm đa mục tiêu. Bài toán 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.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 toán này có lẽ là C. 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 toán 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 toán 3, sau đó so sánh tổn thất công 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 hoàn toàn phụ thuộc vào thời đoạn xét ban đầu. bài toán 1 chỉ thực sự phù hợp cho lưới điện có hệ thống SCADA hoàn chỉnh và các khoá điện được điều khiển từ xa khi áp dụng cho lưới điện thực tế.
5 Luan van Begin Döõ lieä u vaø o : Löôù i ñieä n , khoaù , taû i T=T+1 Öôù c tính möù c giaû m toå n thaá t Tính toaù n haø m chi phí, chæ ra caá u truù c vaä n haø n h toá i öu Ñoä giaû m toå n thaá t < Y Löï a choï n thao taù c N khoaù coù möù c giaû m T > 24 N toå n thaá t lôù n nhaá t Y Vi phaï m caù c ñieà u kieä n Y N Caä p nhaä t caá u truù c löôù i ñieä n Stop Hình 2.1 Lưu đồ giải thuật của Chen và Cho 2.2 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 đôi 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 toán 2 - Xác định cấu hình lưới điện không 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. 6 Luan van - Caøi taát caû caùc voøng ôû traïng thaùi khoâng toái öu - Toái öu hoaù caùc voøng ñoäc laäp - Tính ñieän aùp trung bình taïi caùc nuùt vaø doøng coâng suaát trung bình - Ñaùnh daáu caùc voøng ôû traïng thaùi khoâng toái öu khi coù doøng coâng suaát thay ñoåi Coù voøngchöa Khoâng toái öu khoâng Coù - Choïn voøng keá tieáp ñeå toái öu hoaù - Öôùc tính toån thaát naêng löôïng seõ giaûm - Choïn nhaønh trong voøng ñeå môû Tìm ñöôïc Coù nhaùnh môû toát Khoâng Ñaùnh daáu voøng vöøa môû laø toái öu Thay ñoåi caáu truùc löôùi vaø löu tröõ ñeå so saùnh vôùi voøng laëp keá tieáp Caáu truùc löôùi ñieän toái öu Hình 2.2 Lưu đồ giải thuật của Rubin Taleski và Dragoslav Ưu điểm nổi bật của giải thuật là số vòng lặp của bài toán giảm A bằng với số vòng lặp tìm cấu trúc lưới có P sau khi qui đổi đồ thị phụ tải, điện áp thành một lượng công suất đẳng trị để có thể sử dụng công 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 vòng kín khi đánh giá tìm vòng 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 toán 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.3 Bài toán 3 – Cân bằng công 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 không 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.