CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý do chọn đề tài Hiện nay, hệ thống điện Việt Nam đang dần chuyển từ lưới điện truyền thống sang lưới điện thông minh với công nghệ hiện đại theo [1] nhằm mục tiêu: Nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện; Góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; Tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn và lưới điện; Tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững. Để đạt được mục tiêu trên, cần thiết phải đầu tư xây dựng hệ thống các thiết bị phần cứng để đo lường, điều khiển, truyền thông cũng như hệ thống phần mềm nhằm tính toán, vận hành tối ưu hệ thống, tối ưu sự phối hợp từ nguồn phát, truyền tải, phân phối và khách hàng. Vì lưới điện phân phối là khâu cuối cùng, đưa điện năng tới khách hàng, là mắt xích quan trọng phản ánh rõ chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện và đánh giá được mức độ hài lòng của khách hàng tốt nhất. Do đó, công việc giám sát, điều khiển, vận hành lưới điện phân phối nhằm đảm bảo cung cấp điện ổn định, đáp ứng đủ nhu cầu điện phát triển kinh tế xã hội, đồng thời giảm số lần và thời gian mất điện, giảm tổn thất điện năng là nhu cầu cấp thiết cho các Tổng Công ty Điện lực ngày nay.2 Mục tiêu Đề tài ”Giải pháp tự phục hồi trong lưới điện phân phối” được nghiên cứu nhằm mục đích đưa ra giải pháp tối ưu lợi ích kinh tế, đảm bảo cung cấp điện trong chế độ GVHD: TS.
Nguyễn Văn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 1-2 vận hành bình thường của lưới phân phối. Đồng thời trong chế độ sự cố,vẫn đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, mà vẫn duy trì cung cấp điện, hạn chế tối đa số lượng khách hàng mất điện.3 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài là lưới điện phân phối đã được xây dựng hệ thống giám sát từ xa, có khả năng truyền thông về hệ thống trung tâm. Đồng thời, hệ thống điện đã xuất hiện các nguồn phát phân tán (Ditribution Generator), và ứng dụng với số lượng tương đối lớn, được bố trí gần các khu vực trung tâm phụ tải.4 Ý nghĩa khoa học Đề tài sử dụng các hàm toán như fmincon, minlp nhằm mục đích cực tiểu giá trị sản xuất điện (trong chế độ vận hành bình thường); cực tiểu giá trị độ lệch điện áp và mức độ sa thải phụ tải mà vẫn thỏa mãn được các ràng buộc trong vận hành hệ thống điện. Từ đó, có các chiến lược, phương án cụ thể để vận hành lưới điện ổn định kinh tế, đồng thời tự khắc phục nhanh sự cố.
Nguyễn Văn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 2-1 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH 2.1 Tổng quan lưới điện thông minh Lưới điện thông minh, theo [2] được định nghĩa là : là một lưới điện hoàn toàn tự động, mà mỗi thiết bị trên lưới đều có thể được giám sát thời gian thực (real-time). Nhờ vào sự phát triển của các thiết bị điện tử thông minh, truyền thông băng thông rộng, và tích hợp điều khiển tự động, mà lưới điện thông minh có thể đảm bảo việc điều khiển, quản lý trực tuyến thời gian thực, cũng như dự báo, phát hiện các sự cố. Cùng với sự phát triển kinh tế xã hội, là áp lực cung cấp điện cho các khách hàng ổn định, tăng độ tin cậy cung cấp điện, tăng chất lượng điện năng. Vì thế, việc xây dựng lưới điện thông minh nhằm đạt được các mục tiêu trên là xu thế phát triển tất yếu của lưới điện Việt Nam.2 Đặc điểm chính của lưới điện thông minh Theo [3], đặc điểm chính của lưới điện thông minh có thể tóm tắt qua 7 đặc điểm chính sau: Tự phục hồi (Self-healing) : liên tục đánh giá trạng thái của lưới để giám sát tình trạng hoạt động của lưới điện và sử dụng các phương pháp điều khiển phòng ngừa để phát hiện, chẩn đoán và loại bỏ các sự cố tiềm ẩn đúng lúc.
Khi sự cố xảy ra, lưới điện sẽ nhanh chóng phát hiện, cô lập sự cố, tự động phục hồi và đưa hệ thống điện về trạng thái bình thường. Tương tác (Interactive) : Smart Grid có thể nhận ra được kết nối liên tục giữa hệ thống và thị trường điện. Nó có thể hỗ trợ việc bán điện thương phẩm hiệu quả, tối ưu hóa công suất nguồn phát và gia tăng mức độ tin cậy lưới điện. Tối ưu hóa (Optimized) : dễ dàng nhận thấy rằng lưới điện thông minh sử dụng rất nhiều thiết bị giám sát, điều khiển sẽ tối ưu hóa các kế hoạch quản lý tài sản, xây dựng, bảo trì.
bên cạnh đó, việc kiểm tra và vận GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 2-2 hành các thiết bị một cách hợp lý giúp tiết kiệm chi phí vận hành, bảo dưỡng và đầu tư. Tương thích (Compatible) : lưới điện thông minh phù hợp với nhu cầu nguồn phát tập trung hoặc phân tán. Ngoài ra, nó còn tương thích với các nguồn năng lượng mới như máy phát điện gió, điện mặt trời,.
làm cho lưới điện và phát triển môi trường hài hòa, hợp lý hơn. Tích hợp ( Integrated) : thông qua quá trình tối ưu hóa liên tục và tích hợp thông tin, lưới điện thông minh có thể tích hợp các chương trình quản lý doanh nghiệp, quản lý sản phẩm. Giúp nâng cao hiệu quả quản lý doanh nghiệp. Hệ thống truyền thông tích hợp cho phép thu thập thông tin, kiểm soát và trao đổi dữ liệu theo thời gian thực để tối ưu hóa độ tin cậy của hệ thống, sử dụng tài sản, và an ninh An toàn (Safety) : nó có thể chống lại được một cách hiệu quả các tác nhân vật lý trong lưới điện (đứt dây, sự cố) và các cuộc tấn công mạng hệ thống máy tính.
Chất lượng cao (high-quality) : chất lượng điện cung cấp cho khách hàng được đảm bảo hiệu quả, nhờ có các thiết bị giám sát và điều khiển một cách linh hoạt, nên điện áp và dòng điện luôn được duy trì trong giới hạn cho phép trong vận hành.3 Các vấn đề khi phát triển lưới điện thông minh 2.1 Đầu tư nâng cấp hạ tầng đo đếm thông minh Phát triển hệ thống đo đếm thông minh AMI - Advanced Metering Infrastructure là một trong những yếu tố căn bản, và quan trọng trong việc phát triển lưới điện thông minh. AMI là một tập hợp các thiết bị đo đếm có tính chính xác, độ tin cậy cao, có khả năng truyền thông để giám sát các thiết bị điện từ xa. Tuy nhiên, do hệ thống AMI tiếp cận, giám sát tới từng hộ khách hàng, nên cấu trúc rất phức tạp, đa dạng. Đồng thời, môi trường nguy hiểm của sự phát triển hệ thống truyền thông sẽ làm cho hệ thống AMI dễ bị tấn công, và làm thay đổi dữ liệu trên hệ thống.
Vì thế, an GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 2-3 ninh trong hệ thống đo đếm là một vấn đề cần quan tâm khi phát triển lưới điện thông minh.2 Ảnh hưởng khi tích hợp nguồn DG vào hệ thống điện Trong lưới điện truyền thống, các nguồn điện thường được đầu tư với công suất cao, quy mô lớn, chiếm nhiều diện tích nên thường được xây dựng tại các vùng xa trung tâm phụ tải. Do truyền tải đi xa, nên tổn thất điện năng trên lưới truyền tải là rất lớn, đồng thời khi lưới điện xảy ra sự cố thì khó phục hồi và thời gian sửa chữa chậm. Sự phát triển lưới điện thông minh cùng với của khoa học công nghệ hiện đại, và sự ra đời của các nguồn năng lượng sạch, bảo vệ môi trường, chi phí sản xuất thấp, công suất nhỏ, diện tích nhỏ, thời gian xây dựng nhanh, bố trí gần khu vực trung tâm phụ tải nên góp phần khắc phục các nhược điểm của lưới điện truyền thống.
Tuy nhiên các nguồn điện này thường có đầu vào không ổn định như ánh nắng (điện mặt trời), gió (phong điện), giá dầu diesel (nhiệt điện) … gây khó khăn trong việc hòa lưới. Bên cạnh đó, do chi phí sản xuất điện của các nguồn điện phân tán thường lớn hơn chi phí của các nguồn phát truyền thống (thủy điện), nên tối ưu chi phí nguồn phát là một trong những bài toán quan tâm của lưới điện thông minh.3 Tự khắc phục trong lưới điện Để lưới điện có thể hoạt động hiệu quả, tin cậy, lưới điện thông minh cần có đặc điểm tự khắc phục. Với chế độ này, khi xuất hiện sự cố, nó có thể tự tính toán khoanh vùng sự cố, đồng thời, tự khôi phục cung cấp điện cho những vùng không bị sự cố, giảm khu vực mất điện tối đa, đảm bảo hệ thống ổn định. Trong những năm gần đây, có nhiều giải thuật được phát triển nhằm giải quyết vấn đề cấu hình lại các ngăn lộ ra để tự khôi phục hệ thống.
Cấu hình hệ thống phân phối để giảm tổn thất lần đầu được đưa ra bởi Merlin and Back. Họ sử dụng phương pháp tối ưu nhánh và biên để xác định cấu hình tổn thất tối thiểu. Sau đó, là hàng loạt các giải thuật khác ra đời bao gồm : giải thuật di truyền ( genetic algorithm), GVHD: TS. Nguyễn Văn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 2-4 đánh giá kinh nghiệm (heuristic), simulated annealing, tối ưu bầy đàn (Particle swarm) và trí thông minh nhân tạo (artificial intelligence),… 2.4 Tóm tắt Tự phục hồi là một trong những đặc điểm quan trọng hệ thống lưới điện phân phối thông minh, nó sử dụng các giải thuật thông minh nhằm ngăn ngừa sự cố, và đồng thời giải trừ các sự cố trên lưới điện khi xảy ra.
Đặc biệt, khi xuất hiện các sự cố lớn, gần đầu máy cắt phát tuyến, hệ thống có khả năng cô lập sự cố, và tự phục hồi lưới điện bằng cách tạo nhiều vùng hệ thống điện nhỏ tự cung tự cấp, để cung cấp điện tới nhiều khách hàng có thể, mà vẫn đảm bảo hệ thống được ổn định và tin cậy. Nguyễn Văn Liêm HVTH: Nguyễn Phi Triều Trang 3-1 CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU GIẢI PHÁP TỰ PHỤC HỒI LƯỚI ĐIỆN Chương 3 sẽ giới thiệu tổng quát về các chỉ số đánh giá độ tin cậy của lưới điện, đồng thời đưa ra các chỉ tiêu, cũng như kế hoạch phấn đấu giảm các chỉ số tin cậy như SAIDI,SAIFI, MAIFI của Tổng Công ty Điện lực Miền Nam.
