Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối giữ vai trò then chốt trong việc cung cấp điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng cuối cùng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định kinh tế - xã hội và an ninh quốc gia. Tại khu vực thành phố Cao Lãnh, lưới điện phân phối 22kV đang đối mặt với nhiều thách thức về độ tin cậy cung cấp điện, chi phí vận hành và chi phí bồi thường do ngừng cung cấp điện. Theo thống kê, chi phí ngừng cung cấp điện và tổn thất công suất trên lưới điện chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí vận hành của các công ty điện lực. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển một giải thuật tối ưu nhằm tái cấu trúc lưới điện phân phối, giảm thiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện khu vực thành phố Cao Lãnh. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các phát tuyến 22kV gồm 474CL và 475CL; 476CL và 478QT; 472CL và 473CL; 471CL và 473QT trong khoảng thời gian khảo sát một năm. Việc cải thiện độ tin cậy cung cấp điện được đánh giá qua các chỉ số SAIDI, SAIFI, MAIFI và ENS theo Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương, có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ điện và tạo lợi thế cạnh tranh cho các công ty điện lực trong bối cảnh thị trường điện ngày càng được thương mại hóa.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

  • Lý thuyết độ tin cậy lưới điện phân phối: Đánh giá độ tin cậy dựa trên các chỉ số SAIDI, SAIFI, MAIFI và ENS, phản ánh tần suất và thời gian mất điện cũng như năng lượng không được cung cấp cho khách hàng.
  • Mô hình toán học bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối: Xây dựng hàm mục tiêu tối thiểu hóa tổng chi phí vận hành (tổn thất công suất) và chi phí ngừng cung cấp điện, đồng thời đảm bảo các ràng buộc kỹ thuật như cấu trúc lưới hình tia, giới hạn dòng điện và điện áp.
  • Thuật toán tối ưu Symbiotic Organism Search (SOS): Mô phỏng các tương tác sinh học hỗ sinh, hội sinh và ký sinh giữa các cá thể để tìm kiếm cấu trúc lưới tối ưu với chi phí thấp nhất.
  • Thuật toán vét cạn (brute force): Phương pháp kiểm tra toàn bộ các cấu hình có thể để xác định cấu trúc tối ưu, dùng làm cơ sở so sánh và đánh giá hiệu quả của thuật toán SOS.

Các khái niệm chính bao gồm: độ tin cậy cung cấp điện, chi phí vận hành lưới điện, chi phí ngừng cung cấp điện, cấu trúc lưới điện hình tia, và các chỉ số đánh giá độ tin cậy.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ lưới điện thực tế của Điện lực thành phố Cao Lãnh, bao gồm thông số kỹ thuật đường dây, phụ tải tại các nút, cường độ sự cố và thời gian sửa chữa. Cỡ mẫu nghiên cứu tập trung vào 4 cặp tuyến phát 22kV với tổng số nút và thiết bị liên quan được khảo sát chi tiết.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Xây dựng mô hình toán học hàm mục tiêu kết hợp chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện.
  • Áp dụng thuật toán SOS để tìm kiếm cấu trúc lưới tối ưu, với các giai đoạn hỗ sinh, hội sinh và ký sinh mô phỏng tương tác sinh học.
  • So sánh kết quả với thuật toán vét cạn để đánh giá độ chính xác và hiệu quả.
  • Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng và tính toán các phương án tái cấu trúc trên lưới điện thực tế.
  • Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 11/2023 đến tháng 6/2024, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, triển khai thuật toán và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Giảm chi phí vận hành lưới điện: Sau khi áp dụng thuật toán SOS tái cấu trúc lưới điện, chi phí vận hành giảm trung bình khoảng 15-20% so với phương thức vận hành hiện hữu trên các tuyến 474CL-475CL và 471CL-473QT. Ví dụ, trên tuyến 474CL-475CL, chi phí tổn thất công suất giảm từ mức khoảng 1,2 tỷ đồng/năm xuống còn khoảng 1 tỷ đồng/năm.

  2. Giảm chi phí ngừng cung cấp điện: Chi phí bồi thường do ngừng cung cấp điện giảm đáng kể, trung bình khoảng 25-30% trên các tuyến khảo sát. Trên tuyến 476CL-478QT, chi phí này giảm từ khoảng 800 triệu đồng/năm xuống còn khoảng 560 triệu đồng/năm.

  3. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện: Các chỉ số SAIDI và SAIFI được cải thiện rõ rệt, giảm lần lượt khoảng 10% và 12% sau tái cấu trúc. Chỉ số ENS cũng giảm, cho thấy năng lượng không được cung cấp cho khách hàng giảm đáng kể.

  4. Hiệu quả thuật toán SOS: Thuật toán SOS cho kết quả hội tụ nhanh hơn so với thuật toán vét cạn, giảm thời gian tính toán khoảng 40%, đồng thời vẫn đảm bảo tìm được cấu trúc lưới tối ưu hoặc gần tối ưu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là do thuật toán SOS đã tìm ra cấu trúc lưới điện phân phối tối ưu, cân bằng tải tốt hơn, giảm tổn thất công suất và tăng khả năng dự phòng khi xảy ra sự cố. So với các nghiên cứu trước đây sử dụng thuật toán mô phỏng luyện kim hay thuật toán đàn kiến, SOS thể hiện ưu thế vượt trội về tốc độ hội tụ và khả năng tìm kiếm toàn cục.

Kết quả cũng phù hợp với các tiêu chuẩn đánh giá độ tin cậy theo Thông tư 39/2015/TT-BCT, đồng thời đáp ứng các ràng buộc kỹ thuật vận hành lưới điện hình tia. Việc giảm chi phí ngừng cung cấp điện không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho công ty điện lực mà còn nâng cao chất lượng dịch vụ, giảm thiểu thiệt hại cho khách hàng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trước và sau tái cấu trúc, bảng tổng hợp các chỉ số độ tin cậy SAIDI, SAIFI, ENS, cũng như biểu đồ hội tụ của thuật toán SOS so với thuật toán vét cạn.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Triển khai áp dụng thuật toán SOS trong vận hành lưới điện phân phối: Các công ty điện lực nên tích hợp thuật toán SOS vào hệ thống quản lý vận hành để tự động hóa quá trình tái cấu trúc lưới, giảm chi phí vận hành và nâng cao độ tin cậy. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 12 tháng.

  2. Nâng cấp hệ thống đo đếm và giám sát lưới điện: Đầu tư thiết bị đo đếm thông minh và hệ thống SCADA để thu thập dữ liệu chính xác, phục vụ cho việc tính toán và đánh giá độ tin cậy. Chủ thể thực hiện là các đơn vị điện lực địa phương, thời gian 18 tháng.

  3. Đào tạo nhân lực vận hành và bảo trì lưới điện: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về thuật toán tối ưu và quản lý lưới điện thông minh cho cán bộ kỹ thuật nhằm nâng cao năng lực vận hành. Thời gian triển khai 6 tháng.

  4. Xây dựng chính sách ưu đãi và hỗ trợ đầu tư công nghệ mới: Nhà nước và EVN cần có chính sách hỗ trợ tài chính, ưu đãi thuế cho các đơn vị điện lực đầu tư công nghệ tái cấu trúc lưới điện nhằm thúc đẩy áp dụng rộng rãi. Thời gian thực hiện trong 24 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện phân phối: Nắm bắt phương pháp tối ưu hóa cấu trúc lưới điện, áp dụng thuật toán SOS để nâng cao hiệu quả vận hành và độ tin cậy cung cấp điện.

  2. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Hiểu rõ các chỉ số đánh giá độ tin cậy và tác động kinh tế của việc tái cấu trúc lưới điện, từ đó xây dựng chính sách phù hợp.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện: Tham khảo mô hình toán học, thuật toán tối ưu và ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực lưới điện phân phối.

  4. Các công ty tư vấn và phát triển công nghệ điện lực: Áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các giải pháp phần mềm quản lý lưới điện thông minh, nâng cao chất lượng dịch vụ.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao phải tái cấu trúc lưới điện phân phối?
    Tái cấu trúc giúp giảm tổn thất công suất, giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo chất lượng dịch vụ cho khách hàng.

  2. Thuật toán Symbiotic Organism Search (SOS) có ưu điểm gì?
    SOS mô phỏng các tương tác sinh học giúp tìm kiếm toàn cục hiệu quả, hội tụ nhanh và tránh bị kẹt tại cực trị cục bộ, phù hợp với bài toán tối ưu phức tạp như tái cấu trúc lưới điện.

  3. Các chỉ số SAIDI, SAIFI, ENS phản ánh điều gì?
    SAIDI đo thời gian mất điện trung bình, SAIFI đo tần suất mất điện trung bình, ENS đo năng lượng không được cung cấp, tất cả đều phản ánh độ tin cậy cung cấp điện của lưới.

  4. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
    Cần tích hợp thuật toán SOS vào hệ thống quản lý vận hành, nâng cấp thiết bị đo đếm và đào tạo nhân lực để vận hành lưới điện theo cấu trúc tối ưu.

  5. Chi phí ngừng cung cấp điện ảnh hưởng thế nào đến khách hàng?
    Chi phí này thể hiện thiệt hại do mất điện gây ra cho sản xuất, sinh hoạt và dịch vụ, ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế và đời sống, do đó giảm chi phí này là ưu tiên hàng đầu.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học và hàm mục tiêu kết hợp chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho lưới điện phân phối tại Cao Lãnh.
  • Thuật toán Symbiotic Organism Search (SOS) được áp dụng hiệu quả, cho kết quả tối ưu với chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện giảm đáng kể.
  • Độ tin cậy cung cấp điện được nâng cao, thể hiện qua các chỉ số SAIDI, SAIFI và ENS cải thiện rõ rệt.
  • Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng thực tiễn, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ điện và tạo lợi thế cạnh tranh cho các công ty điện lực.
  • Đề xuất các giải pháp triển khai, đào tạo và chính sách hỗ trợ nhằm thúc đẩy ứng dụng rộng rãi trong ngành điện.

Next steps: Triển khai thử nghiệm thuật toán SOS trên diện rộng, hoàn thiện hệ thống đo đếm và giám sát, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành.

Call to action: Các đơn vị điện lực và nhà quản lý ngành điện cần phối hợp để áp dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và độ tin cậy cung cấp điện trong thời gian tới.