Chương 1: Giới thiệu luận văn. Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối Chương 3: Phương pháp tiếp cận. Chương 4: Ví dụ kiểm tra giải thuật. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài.
Phụ lục và tài liệu tham khảo. HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang 5 GVHD: PGS.Phan Thị Thanh Bình Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang 6 GVHD: PGS.Phan Thị Thanh Bình Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối. ĐẶC ĐIỂM CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Lưới điện phân phối (LĐPP) là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạm biến thế trung gian ( thường là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV) đến khách hàng.
Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay mạch tia, còn các đường dây phân phối luôn được vận hành hở trong mọi trường hợp. Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá dòng. Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có các mạch vòng 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 khôi phục lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện nằm trên các mạch vòng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khoá điện.
Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh 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 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.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, các điều độ viên sẽ thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên lưới. Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khoá điện (Recloser, LBS, DS…) sẽ được lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này vừa có thể giảm chi phí vận hành và vừa giảm tổn thất năng lượng. Hay nói cách khác, hàm mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành bao gồm cả chi phí chuyển tải và tổn thất năng lượng. Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thể.
Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thoả mãn các điều kiện: - Cấu trúc vận hành hở - Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang 7 GVHD: PGS.Phan Thị Thanh Bình Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối. - Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp - Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải 2.1 Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện. - Do là cầu nối trực tiếp giữa nguồn và khách hàng, do đó nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. - Tổn thất điện năng chiếm tỉ lệ lớn trong tổng tổn thất của hệ thống bao gồm: tổn thất lưới truyền tải, phân phối, hạ áp.1: Tổn thất điện năng của EVN - Vốn đầu tư cho mạng phân phối cũng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ vốn đầu tư theo thống kê cho thấy nếu đầu tư cho mạng cao áp là 1, thì mạng trung áp từ 1,5 đến 2 lần, hạ áp từ 2 đến 2,5 lần.
- Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo dưỡng theo kế hoạch cải tạo, lắp đặt trạm mới trên lưới điện trung áp cũng nhiều hơn so với lưới truyền tải. - Là khu vực khó xác định phương án vận hành hơn so với lưới truyền tải, và là nơi chịu tác động nhiều nhất từ các điều kiện môi trường, thiết bị, nguồn dự phòng,. Cấu trúc lưới điện Cấu trúc LĐPP đa dạng, phức tạp. Số lượng nút, nhánh rất nhiều do đó việc tính toán các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật 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 HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang 8 GVHD: PGS.Phan Thị Thanh Bình Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối.
khâu kinh doanh. Lưới điện phát triển nhanh, trải rộng; các hộ phụ tải đa dạng, đan xen. Chế độ vận hành bình thường lưới điện phân phối là vận hành hở. Các sơ đồ lưới điện thường gặp là: hình tia, hình tia có nguồn dự phòng (lưới điện kín vận hành hở).
Các sơ đồ trên có những ưu điểm như: vận hành đơn giản; trình tự phục hồi lại kết cấu sau sự cố dễ dàng hơn; ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ. Một số sơ đồ cung cấp điện thường được sử dụng trong thực tế ở Việt Nam là: Hình 2.2a: Sơ đồ lưới điện hình tia Hình 2.2b: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang 9 GVHD: PGS.Phan Thị Thanh Bình Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối. Thực trạng của lưới phân phối của Việt Nam. LĐPP của Việt Nam tồn tại 3 cấp điện áp (35, 22, 15)kV, trong đó lưới 35kV có khối lượng rất nhỏ mà chủ yếu là lưới (15, 22)kV.
Đối với miền Nam trong thời gian vừa qua lưới 22kV các tỉnh phát triển mạnh mẽ, nếu không tính hai khu vực TP.Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai, lưới 22kV khu vực Tổng công ty điện lực Miền Nam quản lý chiếm 87,9% (theo dung lượng TBA), 81,9% (theo khối lượng đường dây). Mặt khác ở khu vực này lưới 15kV hầu hết được thiết kế theo tiêu chuẩn 22kV, do vậy ở khu vực này việc chuyển đổi lưới 15->22kV cơ bản là rất thuận lợi. Trong một vài năm tới lưới 15kV cơ bản chuyển thành lưới 22kV.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐPP khu vực miền Nam Trong những năm gần đây, Tổng Công ty điện lực Miền Nam đã đẩy mạnh phát triển LĐPP, bình quân trong giai đoạn 5 năm từ 2007 đến 2011 phát triển trung bình hơn 1.500 km đường dây phân phối và hơn 2.000 MVA dung lượng trạm biến áp.694 Dung lượng trạm (MVA) 8. Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang 10 GVHD: PGS.Phan Thị Thanh Bình Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối.
CÁC BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI (TCTLĐ) ĐIỆN Ở GÓC ĐỘ VẬN HÀNH Các bài toán vận hành LĐPP chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề sau: giảm tổn thất công suất của lưới điện, cải thiện thời gian tái lập, cải thiện các hệ số tin cậy của hệ thống, cải thiện khả năng tải của lưới điện, cải thiện tình trạng không cân bằng tải, tối thiểu công suất tổn thất, giảm thiểu tổn thất của hệ thống lưới điện không cân bằng,. Từ những mục tiêu cơ bản trên, chúng ta có thể tạm phân chia bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối thành các bài toán nhỏ như sau: - Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 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 (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện. - Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa. - Bài toán 6: Xác định 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 cùng đồng thời xảy ra ( hàm đa mục tiêu ) - Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới tối ưu chi phí trong vận hành và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện (Bài toán xét trong luận văn). Các bài toán xác định cấu trúc 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.
HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang 11 GVHD: PGS.Phan Thị Thanh Bình Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối. Tên bài toán 1 2 3 4 5 6 7 Đặc điểm lưới điện Khoá điện được điều khiển từ xa Chi phí chuyển tải thấp, không mất điện khi chuyển tải Chi phí chuyển tải cao, mất điện khi chuyển tải Lưới điện thường xuyên bị quá tải Lưới điện ít bị quá tải Lưới điện hầu như không quá tải Bảng 2. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới 2. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỂ TÁI CẤU TRÚC ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.
Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín Giải thuật của Merlin và Back [1] khá 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”. Ở đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lưới điện phân phối luôn có mức tổn thất công suất bé nhất. 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.