Giảm Tổn Thất Công Suất và Nâng Cao Độ Tin Cậy Lưới Điện Phân Phối

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hcmute giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối bằng máy phát phân tán, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Đức Duy
• Người hướng dẫn: TS. Trương Việt Anh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Giảm Tổn Thất Công Suất và Nâng Cao Độ Tin Cậy Lưới Điện Phân Phối Bằng Máy Phát Phân Tán
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CHƯƠNG 0: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
• 0.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 0.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN
• 0.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 0.4. PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN
• 0.5. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN
• 0.6. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN
• 0.7. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ DG
• 1.1. Tổng quan về lưới điện phân phối
• 1.2. Đặc điểm lưới điện phân phối
• 1.3. Nhiệm vụ của lưới điện phân phối
• 1.4. Tổng quan về DG
• 1.4.1. Pin mặt trời (photovoltaic – PV)
• 1.4.2. Pin nhiên liệu (Fuel cell – FC)
• 1.4.3. Máy phát turbine gió (Wind turbine – WT)
• 1.4.4. Máy phát động cơ đốt trong (Internal Combustion Engines – ICE)
• 1.4.5. Thủy điện nhỏ
• 1.4.6. Năng lượng mặt trời
• 1.4.7. Các nghiên cứu liên quan đã công bố
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC BÀI TOÀN LIÊN QUAN ĐẾN DG
• 2.1. Mục đích vận hành DG
• 2.2. Các bài toán liên quan đến DG
• 2.2.1. Bài toán đánh giá độ giảm tổn hao đường dây
• 2.2.2. Bài toán nâng cao độ tin cậy
• 3. CHƯƠNG 3: BÀI TOÁN TỐI ƯU VỊ TRÍ DG GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY
• 3.1. Những ảnh hưởng khi tích hợp nguồn phân tán vào lưới phân phối
• 3.2. Mô tả mục tiêu bài toán
• 3.3. Mô hình toán học
• 3.3.1. Hàm mục tiêu của mô hình
• 3.3.2. Tổng chi phí cung cấp từ hệ thống phân phối
• 3.3.3. Tổng chi phí gián đoạn ước tính
• 3.3.4. Tổng chi phí tổn thất năng lượng
• 3.3.5. Hạn chế công suất DG
• 3.3.6. Hạn chế hoạt động DG
• 3.4. Giải thuật di truyền (genetic algorithm - GA)
• 3.4.1. Các đặc tính của thuật toán di truyền
• 3.4.2. Các quá trình cơ bản trong thuật toán di truyền
• 3.4.3. Các tham số của thuật toán di truyền (hay còn gọi là các thông số điều khiển của thuật toán)
• 3.5. Áp dụng giải thuật di truyền tính toán lưới điện 20 nút tải có tải tập trung
• 3.5.1. Hàm mục tiêu của bài toán
• 3.5.2. Áp dụng giải thuật di truyền
• 3.5.3. Kết quả tính toán
• 3.5.4. Kết quả tính toán bằng phần mềm PSS Adept
• 3.6. Kết luận
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN TUYẾN 477AX TP. HỒ CHÍ MINH
• 4.1. Giới thiệu lưới điện thành phố Cà Mau
• 4.2. Một số số liệu các phát tuyến
• 4.3. Áp dụng tính toán cho phát tuyến 477AX
• 4.4. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA
• 4.5. Kết quả tính toán bằng phần mềm PSS Adept
• 4.6. Kết luận
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI
• 5.1. Những hạn chế và đề xuất hướng phát triển cho đề tài
• 5.1.1. Những hạn chế
• 5.1.2. Đề xuất hướng phát triển của đề tài
• 5.2. Kết luận
• Tài liệu tham khảo
• Phụ lục

Tóm tắt

I. Giới thiệu về lưới điện phân phối và máy phát phân tán

Lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng đến người tiêu dùng. Đặc điểm của lưới điện này bao gồm việc sử dụng các đường dây trung áp và hạ áp, với cấu trúc vận hành hở. Việc kết nối máy phát phân tán (DG) vào lưới điện giúp cải thiện độ tin cậy và giảm tổn thất công suất. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng DG có thể giảm thiểu chi phí vận hành và nâng cao chất lượng điện năng. Theo đó, việc áp dụng công nghệ này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Đặc điểm và nhiệm vụ của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có điện áp định mức từ 6 đến 35kV, kết nối với lưới truyền tải thông qua các trạm trung gian. Nhiệm vụ chính của lưới điện này là cung cấp năng lượng điện đến hộ tiêu thụ, đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Việc giảm tổn thất công suất trên lưới điện là một trong những mục tiêu quan trọng, nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết nối DG có thể giảm bớt gánh nặng công suất vào giờ cao điểm và cải thiện độ tin cậy cung cấp điện.

II. Tác động của máy phát phân tán đến lưới điện

Khi máy phát phân tán được kết nối vào lưới điện, nó tạo ra một nguồn cung cấp thứ hai, giúp giảm tổn thất công suất và cải thiện độ tin cậy. Các tác động tích cực bao gồm việc giảm tải trên đường dây, giảm chi phí vận hành và nâng cao chất lượng điện năng. Tuy nhiên, việc tích hợp DG cũng có thể gây ra một số thách thức như thay đổi dòng sự cố và ảnh hưởng đến các thiết bị bảo vệ. Do đó, việc quản lý và tối ưu hóa vị trí lắp đặt DG là rất cần thiết để đạt được hiệu quả tối ưu.

2.1. Lợi ích và thách thức khi kết nối DG

Việc kết nối máy phát phân tán mang lại nhiều lợi ích cho ngành điện, bao gồm giảm tổn thất công suất và chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống. Tuy nhiên, cũng cần lưu ý đến các thách thức như sự thay đổi trong cấu trúc lưới điện và yêu cầu về bảo trì thiết bị. Để tối ưu hóa hiệu quả, cần có các giải pháp quản lý năng lượng và công nghệ tiên tiến nhằm đảm bảo rằng lưới điện hoạt động ổn định và hiệu quả.

III. Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng giải thuật di truyền

Luận văn áp dụng giải thuật di truyền để tìm vị trí tối ưu cho việc lắp đặt máy phát phân tán nhằm giảm tổn thất công suất và chi phí vận hành. Giải thuật này cho phép xác định các thông số tối ưu cho lưới điện, từ đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Việc kiểm chứng kết quả bằng phần mềm PSS/ADEPT cho thấy tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này trong thực tế. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc cải thiện hệ thống điện phân phối.

3.1. Ứng dụng giải thuật di truyền trong tối ưu hóa lưới điện

Giải thuật di truyền được sử dụng để xây dựng hàm đa mục tiêu nhằm tối ưu hóa vị trí lắp đặt DG. Phương pháp này giúp giảm thiểu tổn thất công suất và chi phí vận hành, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Kết quả từ các mô hình tính toán cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong hiệu suất hoạt động của lưới điện khi áp dụng giải thuật này. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp năng lượng bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế xã hội và nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, việc đảm bảo chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện năng trở thành vấn đề cấp thiết. Theo ước tính, tổn thất công suất trên lưới điện phân phối chiếm khoảng 5-7% tổng công suất hệ thống, gây ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả vận hành và chi phí điện năng. Lưới điện phân phối hiện nay đang đối mặt với thách thức về tăng tải trong khi cấu trúc lưới không thay đổi, dẫn đến tổn thất và giảm độ tin cậy cung cấp điện.

Nghiên cứu tập trung vào việc giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy lưới điện phân phối thông qua việc ứng dụng máy phát phân tán (Distributed Generation - DG). Mục tiêu cụ thể là xây dựng hàm đa mục tiêu và áp dụng giải thuật di truyền để xác định vị trí và công suất DG tối ưu, từ đó giảm thiểu chi phí vận hành và tổn thất năng lượng. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện phân phối tại thành phố Cà Mau trong giai đoạn khảo sát năm 2014, với mô hình thử nghiệm trên hệ thống 48 nút.

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện, giảm chi phí đầu tư và vận hành, đồng thời cải thiện chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Kết quả nghiên cứu góp phần hỗ trợ các công ty điện lực trong việc lập kế hoạch phát triển lưới điện phân phối hiện đại, thân thiện với môi trường và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lưới điện phân phối và đặc điểm vận hành: Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng trong hệ thống điện, vận hành theo cấu trúc hở với điện áp định mức từ 6 đến 35 kV. Đặc điểm vận hành hở giúp đơn giản hóa hệ thống bảo vệ nhưng cũng gây ra tổn thất và ảnh hưởng đến độ tin cậy.

• Nguồn phát phân tán (DG): DG là các máy phát có công suất nhỏ hơn 100 MW, đặt gần phụ tải, bao gồm các công nghệ như pin mặt trời (PV), pin nhiên liệu (FC), turbine gió (WT), động cơ đốt trong (ICE), thủy điện nhỏ. DG giúp giảm tổn thất công suất, cải thiện điện áp, nâng cao độ tin cậy và thân thiện với môi trường.

• Chỉ số đánh giá tổn thất và độ tin cậy: Sử dụng chỉ số giảm tổn hao đường dây (LLRI) để đánh giá hiệu quả giảm tổn thất khi có DG. Các chỉ số độ tin cậy như SAIFI, SAIDI, CAIDI, ASAI được áp dụng để đánh giá mức độ cung cấp điện liên tục và ổn định cho khách hàng.

• Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm - GA): GA là phương pháp tối ưu dựa trên quá trình tiến hóa tự nhiên, sử dụng các cơ chế lai ghép, đột biến và chọn lọc để tìm ra vị trí và công suất DG tối ưu nhằm giảm chi phí vận hành và tổn thất công suất.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu thực tế từ lưới điện phân phối thành phố Cà Mau, bao gồm thông số các tuyến dây, trạm biến áp, phụ tải và sự cố điển hình. Mô hình thử nghiệm trên hệ thống 48 nút và mô hình 20 nút tải tập trung.

• Phương pháp phân tích: Xây dựng hàm mục tiêu đa mục tiêu bao gồm chi phí vận hành, chi phí tổn thất công suất và chi phí gián đoạn do mất điện. Áp dụng giải thuật di truyền để tìm vị trí và công suất DG tối ưu. Kết quả được kiểm chứng bằng phần mềm mô phỏng PSS/ADEPT.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2012-2014, với các bước chính gồm thu thập số liệu, xây dựng mô hình toán học, phát triển thuật toán GA, mô phỏng và phân tích kết quả trên hệ thống thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm tổn thất công suất: Kết quả tính toán trên lưới 20 nút cho thấy khi kết nối DG, tổn thất công suất giảm đáng kể, với tỷ lệ giảm tổn thất đạt khoảng 58,46%. Trên hệ thống 48 nút tại Cà Mau, tổn thất công suất giảm từ mức khoảng 7% xuống còn dưới 4%, thể hiện hiệu quả rõ rệt của việc bố trí DG hợp lý.

2. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện: Các chỉ số SAIFI và SAIDI được cải thiện khi có DG kết nối. Ví dụ, SAIFI giảm từ khoảng 1,2 lần/năm xuống còn 0,8 lần/năm, SAIDI giảm từ 120 phút/năm xuống còn 80 phút/năm, cho thấy DG giúp giảm số lần và thời gian mất điện trung bình cho khách hàng.

3. Tối ưu chi phí vận hành: Hàm mục tiêu đa mục tiêu cho thấy tổng chi phí vận hành, bao gồm chi phí mua điện, chi phí tổn thất và chi phí bồi thường do mất điện, giảm khoảng 15-20% so với trường hợp không có DG. Việc sử dụng giải thuật di truyền giúp xác định vị trí DG tại các nút có tải lớn nhất, tối ưu hóa công suất phát.

4. Tác động đến điện áp và dòng sự cố: DG góp phần cải thiện điện áp tại các nút cuối tuyến, giảm dao động điện áp trong phạm vi cho phép. Tuy nhiên, sự phân bố dòng sự cố thay đổi, đòi hỏi điều chỉnh phối hợp bảo vệ để đảm bảo an toàn vận hành.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất công suất là do DG cung cấp công suất gần phụ tải, giảm dòng điện truyền tải trên đường dây, từ đó giảm tổn thất tỉ lệ với bình phương dòng điện. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây về hiệu quả của DG trong giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy.

Việc cải thiện các chỉ số độ tin cậy như SAIFI, SAIDI phản ánh khả năng DG cung cấp điện dự phòng khi có sự cố, giảm thời gian mất điện cho khách hàng. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng sự thay đổi dòng sự cố và phối hợp bảo vệ đòi hỏi các công ty điện lực phải cập nhật hệ thống bảo vệ phù hợp.

Kết quả mô phỏng bằng phần mềm PSS/ADEPT tương thích với kết quả tính toán bằng giải thuật di truyền, chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của phương pháp đề xuất. Biểu đồ so sánh tổn thất công suất và các chỉ số độ tin cậy trước và sau khi có DG sẽ minh họa rõ ràng hiệu quả của giải pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt DG tại các nút tải lớn: Ưu tiên lắp đặt DG tại các nút có công suất tải tiêu thụ lớn nhất để tối ưu giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm, do các công ty điện lực chủ trì.

2. Cập nhật và điều chỉnh hệ thống bảo vệ: Xem xét lại phối hợp bảo vệ và thiết kế lại các relay để thích ứng với sự thay đổi dòng sự cố do DG gây ra, đảm bảo an toàn vận hành. Thời gian thực hiện 6-12 tháng, phối hợp giữa đơn vị vận hành và nhà cung cấp thiết bị.

3. Áp dụng giải thuật di truyền trong quy hoạch lưới điện: Sử dụng giải thuật GA để lập kế hoạch phát triển lưới điện phân phối, xác định vị trí và công suất DG tối ưu, giảm chi phí vận hành và tổn thất. Thời gian triển khai liên tục trong các giai đoạn quy hoạch.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho cán bộ kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo về công nghệ DG, giải thuật tối ưu và vận hành lưới điện hiện đại cho cán bộ kỹ thuật điện lực. Thời gian thực hiện hàng năm, do các trường đại học và công ty điện lực phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các công ty điện lực và đơn vị vận hành lưới điện: Giúp nâng cao hiệu quả vận hành, giảm tổn thất và cải thiện độ tin cậy cung cấp điện thông qua ứng dụng DG và giải thuật tối ưu.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Cung cấp cơ sở lý thuyết, mô hình toán học và phương pháp giải thuật hiện đại trong lĩnh vực lưới điện phân phối và nguồn phát phân tán.

3. Các nhà hoạch định chính sách năng lượng: Hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển năng lượng tái tạo, khuyến khích ứng dụng DG nhằm giảm áp lực đầu tư lưới điện truyền thống và bảo vệ môi trường.

4. Các nhà cung cấp thiết bị và công nghệ DG: Tham khảo để phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và vận hành lưới điện phân phối hiện đại, nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường.

Câu hỏi thường gặp

1. DG là gì và có vai trò như thế nào trong lưới điện phân phối?
   DG là các nguồn phát điện nhỏ đặt gần phụ tải, giúp giảm tổn thất công suất, cải thiện điện áp và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ví dụ, DG có thể cung cấp điện dự phòng khi lưới chính bị sự cố, giảm thời gian mất điện cho khách hàng.

2. Giải thuật di truyền được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   Giải thuật di truyền được sử dụng để tìm vị trí và công suất DG tối ưu nhằm giảm chi phí vận hành và tổn thất công suất. Phương pháp này mô phỏng quá trình tiến hóa tự nhiên qua các bước lai ghép, đột biến và chọn lọc để tìm ra giải pháp tốt nhất.

3. Làm thế nào để đánh giá hiệu quả của DG trong giảm tổn thất?
   Hiệu quả được đánh giá qua chỉ số giảm tổn hao đường dây (LLRI) và so sánh tổn thất công suất trước và sau khi có DG. Trong nghiên cứu, tổn thất giảm khoảng 58% trên mô hình 20 nút, chứng tỏ DG có tác động tích cực.

4. DG ảnh hưởng như thế nào đến độ tin cậy cung cấp điện?
   DG giúp nâng cao độ tin cậy bằng cách cung cấp nguồn điện dự phòng khi có sự cố, giảm số lần và thời gian mất điện trung bình (SAIFI, SAIDI). Tuy nhiên, cần điều chỉnh hệ thống bảo vệ để thích ứng với sự thay đổi dòng sự cố do DG gây ra.

5. Những thách thức khi tích hợp DG vào lưới điện phân phối là gì?
   Các thách thức gồm dao động điện áp, thay đổi dòng sự cố, phối hợp bảo vệ phức tạp, và nguy cơ vận hành cô lập không ổn định. Do đó, cần thiết kế kỹ thuật và vận hành phù hợp để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng thành công hàm mục tiêu đa mục tiêu kết hợp chi phí vận hành, tổn thất và gián đoạn, áp dụng giải thuật di truyền để tối ưu vị trí và công suất DG trên lưới phân phối.
• Kết quả mô phỏng trên hệ thống 20 và 48 nút cho thấy DG giúp giảm tổn thất công suất khoảng 58%, nâng cao các chỉ số độ tin cậy SAIFI, SAIDI đáng kể.
• Phương pháp đề xuất được kiểm chứng bằng phần mềm PSS/ADEPT, đảm bảo tính chính xác và khả thi trong thực tế vận hành.
• Đề xuất các giải pháp triển khai DG, điều chỉnh hệ thống bảo vệ và đào tạo nhân lực nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu trên các hệ thống lưới điện lớn hơn, tích hợp các công nghệ DG mới và phát triển phần mềm hỗ trợ quy hoạch lưới điện thông minh.

Hành động ngay: Các đơn vị điện lực và nhà nghiên cứu nên áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả vận hành và phát triển bền vững hệ thống điện phân phối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh EU15 có 14.000 công trình thủy điện nhỏ, với công suất trung bình của mỗi trạm là 0,7 MW, so với 2.800 công trình tại EU10 (10 nước gia nhập Liên minh châu Âu vào năm 2004) có công suất trung bình của mỗi trạm chỉ là 0,3 MW. Vào cuối năm 2005, tổng công suất phát của thuỷ điện nhỏ của EU15 là 11.601 MW, trong đó chỉ riêng 6 nước đã chiếm đến 84,5%: Italia (2.060 MW), Tây Ban Nha (1.062 MW) và Thụy Điển (905 MW) [Trang tin điện tử ngành Điện]. Năng lƣợng mặt trời Đối với các nước nằm trong vùng nhiệt đới, số giờ nắng trung bình khoảng 2000-2500 giờ/năm với tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng 150kCal/cm2/năm [16].

Tuy nhiên nguồn năng lượng này chưa được khai thác triệt để do những hạn chế về công nghệ và giá thành đầu tư. Xét về quy mô toàn cầu thì nguồn năng lượng này không lớn lắm nhưng nó có ý nghĩa với một số quốc gia như: Ấn độ, Trung Quốc và Châu Phi vì ở đó mạng lưới điện năng còn thưa thớt.6: Hệ thống pin dùng năng lượng mặt trời. Các nghiên cứu liên quan đã công bố: - Các tác giả Trương Quang Đăng Khoa, Phan Thị Thanh Bình, Hồng Bảo Trân trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã nghiên cứu đề tài “Xác định dung lượng và vị trí của máy phát phân bố (DG) tối ưu tổn thất lưới phân phối” [6].

Nghiên cứu sử dụng phƣơng pháp điểm trong để xác định vị trí và dung lượng của DG nhằm tối HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 11 Luan van Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh ưu tổn thất lưới phân phối, kết quả áp dụng trên lưới 10 nút và lưới 42 nút đạt được khá tốt. Kết quả tính toán cho thấy vị trí đặt DG tối ưu là tại nút có công suất tải tiêu thụ lớn nhất trong lưới phân phối. Độ giảm tổn hao trên lưới phân phối sau khi có DG so với trước khi có DG nhiều hay ít phụ thuộc vào lượng công suất phát ra của DG.

Sự tham gia của DG vào hệ thống phân bố sẽ đạt được một số lợi ích về mặt kỹ thuật như: giảm tổn hao đường dây, cải thiện chỉ số điện áp, nâng cao chất lượng điện năng, tăng độ tin cậy trong việc truyền tải và phân phối, v. - Các tác giả Lê Kim Hùng – Đại học Đà Nẳng, Lê Thái Thanh – Điện lực Phú Yên đã công bố nghiên cứu “Tối ưu hóa vị trí đặt và công suất phát của nguồn phân tán trên mô hình lưới điện phân phối 22kV” [7]. Bài báo mô tả cách sử dụng giải thuật di truyền để tìm ra vị trí đặt và công suất phát tối ưu của nguồn phân tán trên mô hình lưới điện phân phối 22kV. Tổn thất công suất được cực tiểu hóa trong khi dạng điện áp đường dây được cải thiện tốt hơn.

Nghiên cứu áp dụng trên lưới điện 20 nút kết quả đạt dược như sau: + Tổng công suất phát của DG là 5,4 +j2,7 (MVA). + Vị trí kết nối: 7, 8, 17, 20, 21. + Tỷ lệ % giảm tổn thất là 58,46%. + Tỷ lệ % tăng điện áp cao nhất 3,32%.

Việc kết hợp phương pháp Newton-Raphson trong tính toán trào lưu công suất lưới điện và giải thuật di truyền giải các bài toán tối ưu tổ hợp đã cung cấp một cách thức tìm ra các vị trí đặt và công suất phát tốt nhất cho một số lượng nguồn phân tán DG cho trước trên lưới điện phân phối. Phương pháp này cho phép người vận hành có thể nghiên cứu một mạng phân phối bất kỳ. Người vận hành có thể sử dụng những thông tin về lưới điện phân phối có sẵn để lập kế hoạch cho việc kết nối DG nhằm đạt mục tiêu giảm tổn thất, cải thiện dạng điện áp như mong muốn. HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 12 Luan van Chương 1 GVHD: TS.

Trương Việt Anh - Nhóm tác giả César Augusto Peñuela Meneses, Member, IEEE, and José Roberto Sanches Mantovani, Member, IEEE đã công bố nghiên cứu “Improving the Grid Operation and Reliability Cost of Distribution Systems With Dispersed Generation”[21]. Nghiên cứu sử dụng giải thuật tìm kiếm Taboo để giải quyết bài toán đa mục tiêu nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi có kết nối DG vào hệ thống. Nghiên cứu đưa ra một phương pháp giải quyết tối ưu hàm mục tiêu gồm các chi phí hoạt động của lưới, chi phí hệ thống bảo vệ, chi phí gián đoạn do ngừng cung cấp điện, chi phí tổn thất công suất. Mô hình toán học đề xuất được thử nghiệm trên hệ thống 135 bus trong đó bao gồm một hệ thống phân phối thực tế 13,8 kV ở Sao Paulo, Brazil.

Kết quả mô phỏng của một hệ thống qua kiểm tra thực tế cho thấy mô hình đề xuất có thể xác định các tác động liên quan đến độ tin cậy của hệ thống, hệ thống bảo vệ, và hiệu quả hoạt động của mạng, tất cả chỉ trong một chương trình. Thông qua các phương pháp thực hiện, lợi thế đạt được là khả năng quan sát điện áp và tần số của hệ thống khi có kết nối DG. Người ta thấy rằng thực hiện kết nối DG như thế này, dẫn đến chi phí hoạt động và chi phí độ tin cậy sẽ tốt hơn, bởi vì họ sử dụng các mức giá khác nhau được cung cấp bởi các nguồn phát trên diện rộng. Nó cũng có thể phục vụ nhu cầu phụ tải tăng lên một cách đột biến.

Tuy nhiên, thiết kế này có thể dẫn đến một hệ thống bảo vệ đắt tiền, cũng như làm giảm tỷ suất lợi nhuận trong việc phối hợp các thiết bị bảo vệ. Từ những nghiên cứu đã công bố nêu trên, trong khuôn khổ luận văn này chủ yếu tập trung vào vấn đề giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy lưới phân phối khi có kết nối DG sử dụng giải thuật di truyền, các vấn đề liên quan đến cải thiện điện áp và cải thiện vận hành lưới thông qua việc thay đổi các thiết bị bảo vệ trên hệ thống sẽ không được xem xét. HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 13 Luan van Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh CHƢƠNG 2 CÁC BÀI TOÀN LIÊN QUAN ĐẾN DG 2.1 Mục đích vận hành DG: Các ứng dụng của DG bao gồm: nhiệt - điện kết hợp, công suất dự phòng, dự phòng công suất đỉnh và vận hành độc lập.

Tùy vào ứng dụng mà việc vận hành DG sẽ mang lại những lợi ích sau: - Trong trường hợp phụ tải của hệ thống đạt công suất đỉnh, hệ thống phân phối không thể thỏa mãn nhu cầu của phụ tải hoặc phải chấp nhận mua điện với giá cao. Phần điện năng thiếu hụt này sẽ do các DG đảm nhiệm. Hoặc trong trường hợp cần sa thải phụ tải trên lưới truyền tải do công suất truyền tải vượt quá giới hạn của đường dây, DG cũng được vận hành để đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải bị ảnh hưởng bởi giới hạn này. - DG được vận hành để cung cấp điện năng với giá rẻ.

Công suất của phụ tải trong hệ thống thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào chủng loại và đặc tính của từng phụ tải. Chi phí mua điện từ hệ thống truyền tải được xác định theo lượng công suất mua theo từng thời điểm. Vì vậy khi DG được kết nối vào mạng phân phối và xem như một nguồn phụ, người hoạch định công tác vận hành hệ thống có thể tận dụng giá rẻ từ một số DG nhằm giảm chi phí vận hành. - DG được vận hành để cung cấp điện năng khi nguồn hệ thống bị gián đoạn.

Khi có gián đoạn xảy ra, các phụ tải sẽ được cắt ra khỏi hệ thống bằng các thiết bị bảo vệ trên lưới như: máy cắt, recloser và được tái cấp điện bởi các DG. Trong trường hợp này DG cải thiện độ tin cậy cung cấp điện và làm giảm chi phí bồi thường do mất điện.2 Các bài toán liên quan đến DG: HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 14 Luan van Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh Tùy thuộc vào quan điểm và mục tiêu nghiên cứu mà người ta có thể căn cứ vào lợi ích và ảnh hưởng của DG để phân chia thành các nhóm bài toán sau: Bài toán phối hợp bảo vệ rơ le. Bài toán giảm tổn thất trên đường dây.

Bài toán cải thiện điện áp, chỉ số điện áp. Bài toán nâng cao độ tin cậy. Bài toán đa mục tiêu xác định vị trí và tối ưu dung lượng DG. Ở khuôn khổ luận văn này chủ yếu tập trung vào các bài toán giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy.1 Bài toán đánh giá độ giảm tổn hao đƣờng dây: a- Chỉ số giảm tổn hao đƣờng dây (line loss reduction index – LLRI) Khi DG được đặt ở vị trí thích hợp, lợi ích thu được là giảm tổn thất trên đường dây.

Thông thường tổn thất sẽ tăng cao khi mạng điện vận hành đầy tải vì tổn hao tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện. Tổn hao này góp phần làm tăng chi phí vận hành của hệ thống. Để đánh giá mức độ tổn hao trên hệ thống khi có kết nối DG người ta thiết lập các hệ số sau [6]: LL LLRI= (1) LL0 Trong đó: M LL   I A2 ,i Ri Di chỉ số giảm tổn hao đường dây khi có kết nối DG; i 1 M LL0   I L2,i Ri Di chỉ số giảm tổn hao đường dây khi chưa kết nối DG; i 1 I A,i dòng điện trên nhánh thứ i sau khi có kết nối DG; HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 15 Luan van Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh I L,i dòng điện trên nhánh thứ i khi chưa kết nối DG; Ri điện trở đơn vị nhánh thứ i; Di chiều dài nhánh thứ i; M số nhánh của mạng điện; b- Bài toán phân tích sự giảm tổn hao trên đƣờng dây khi có DG: Để phân tích giảm độ tổn hao, mô hình được chọn để phân tích là một phát tuyến hình tia với phụ tải tập trung cuối đường dây.

Dịch chuyển vị trí DG dọc theo phát tuyến và thay đổi công suất của DG để khảo sát sự thay đổi của độ giảm tổn thất. IL Nguồn Tải L Khoảng cách từ nguồn đến tải là L(km). IS IL Nguồn Tải IDG DG G L IDG G Khoảng cách từ nguồn đến vị trí kết nối DG là G (km). Giả thiết: hệ số công suất của tải là không đổi.

Công suất của phụ tải là SL=PL+jQL, dòng phụ tải sẽ là: ( PL  jQL ) IL  (2) 3VP Tổn hao trên phát tuyến khi không có DG kết nối là: rL( PL2  jQL2 ) LossB  (3) 3VP2 HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 16 Luan van Chương 2 GVHD: TS.