MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Điện năng giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và phát triển của Kinh tế xã hội, an ninh chính trị của mỗi quốc gia. Nếu xét về mặt kinh tế, điện năng được cung cấp từ các Công ty Điện lực đến khách hàng sử dụng điện phải có giá thành rẻ nhất, chất lượng điện phải đảm bảo tốt nhất. Điều này có ý nghĩa quan trọng và quyết định đến sự tồn tại và phát triển của các Công ty Điện lực ở Việt Nam khi tiến hành thị trường hóa ngành điện.
Để thực hiện được mục tiêu này thì các nhà khoa học đã không ngừng tìm kiếm và nghiên cứu để đưa ra các giải pháp mới như tìm kiếm nguồn năng lượng mới, thiết kế và xây dựng để vận hành lưới điện thông minh,…. Bảo đảm chất lượng điện năng để cung cấp dịch vụ điện với chất lượng ngày càng cao, liên tục, an toàn và hiệu quả luôn là mối quan tâm thường xuyên và cấp thiết đối với Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN). Với định hướng phát triển ngành điện theo hướng đa dạng hóa sở hữu, hình thành thị trường điện trong nước, trong đó Nhà nước giữ độc quyền ở khâu truyền tải và chi phối trong khâu sản xuất và phân phối điện; nâng cao chất lượng cung cấp điện là yếu tố quyết định hàng đầu đối với các Công ty Điện lực khi tham gia vào thị trường bán buôn điện cạnh tranh. Với đặc thù lưới điện phân phối của Việt Nam nói chung và lưới điện phân phối khu vực thành phố Cao Lãnh nói riêng thì bài toán tái cấu trúc lưới điện được đề xuất cho công tác vận hành nhằm đi tìm một cấu trúc tối ưu cho lưới điện ứng với từng mục tiêu riêng lẻ hay cùng nhiều mục tiêu khác nhau.
Trong mục đích đi tìm cấu trúc tối ưu của lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện được trình bày trong đề tài này. Tái cấu trúc lưới là một trong nhiều biện pháp thay đổi chế độ vận hành của lưới điện phân phối để đạt được các mục tiêu như: giảm tổn thất công suất của lưới điện, cải thiện các hệ số tin cậy của hệ thống, nâng 2 cao khả năng tải của lưới điện hay cải thiện mức cân bằng pha trên lưới điện phân phối… Tuy nhiên, với lưới điện phân phối luôn được cải tạo, nâng cấp và hướng tới thị trường điện cạnh tranh như ở nước ta thì các mục tiêu giảm tổn thất công suất của lưới, cân bằng pha… trong nhiều trường hợp vận hành lại có thể không thật sự hiệu quả so với mục tiêu nâng độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống thể hiện qua việc cực tiểu của chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện. Theo thống kê ngoài nguyên nhân gây mất điện do thiết bị hay lưới điện còn có nhiều nguyên nhân do ảnh hưởng của điều kiện môi trường, biến đổi thời tiết theo mùa. Vì vậy, một trong những mục tiêu quan trọng hàng đầu của các Công ty Điện lực là giảm thời gian ngừng điện do các yếu tố khách quan nêu trên khi thị trường điện bán lẻ được triển khai.
Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện, đưa điện năng trực tiếp đến hộ tiêu dùng. Vì vậy tính liên tục cung cấp điện cho phụ tải có mối quan hệ mật thiết và phụ thuộc trực tiếp vào độ tin cậy của lưới điện phân phối. Độ tin cậy của lưới điện phân phối được đánh giá qua nhiều chỉ tiêu khác nhau, trong đó các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối theo Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18 tháng 11 năm 2015 của Bộ Công Thương hiện nay được sử dụng trong Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN). Việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trong lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích sau: ➢ Về phía Công ty Điện lực: - Giảm giá thành điện năng do giảm được chi phí bồi thường thiệt hại cho khách hàng khi ngừng cung cấp điện.
- Tăng lợi nhuận cho Công ty do tăng lượng điện thương phẩm cung cấp cho khách hàng. - Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các Công ty Điện lực trong thị trường điện đang ngày được thương mại hóa. - Ngoài ra, tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện sẽ giảm được tổn hao công suất trên đường dây và giảm được chi phí vận hành. 3 ➢ Về phía khách hàng sử dụng điện: - Giảm được chi phí sản xuất, thiệt hai do việc ngừng cung cấp điện.
- Đảm bảo được kế hoạch sản xuất, sinh hoạt và giải trí trong đời sống con người. Đặc biệt là có thể tránh được những ảnh hưởng của việc ngừng cung cấp điện đến con người như sức khỏe và đời sống con người. ➢ Về mặt kinh tế điện: - Tạo ra một thị trường điện cạnh tranh lành mạnh. - Thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế.
Đó là lý do tôi chọn đề tài: “Tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện khu vực thành phố Cao Lãnh” để thực hiện trong luận văn này. Mục tiêu luận văn. Mục tiêu của luận văn là tìm ra một giải thuật phù hợp cho kết quả đáng tin cậy trong việc tái cấu trúc điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện của Điện lực thành phố Cao Lãnh. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện phân phối 22kV. - Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tính toán tối ưu chi phí trong quá trình vận hành lưới điện và chi phí ngừng cung cấp điện cho khách hàng trên lưới điện khu vực thành phố Cao Lãnh, cụ thể cho các phát tuyến 22kV: 474CL và 475CL; 476CL và 478QT; 472CL và 473CL; 471CL và 473QT. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn - Luận văn góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối. - Khi xây dựng được bài toán tối ưu và cho kết quả phù hợp, luận văn chứng minh được một lưới điện có cấu trúc thích hợp sẽ cải thiện các độ tin cậy cung cấp điện và sẽ được xem xét để đưa vào áp dụng trên lưới điện thực tế.
Ý nghĩa khoa học của luận văn - Áp dụng các giải thuật các giải thuật tính toán tối ưu hiện đại kết hợp tiêu chuẩn theo Thông tư 39/2015 của Bộ Công Thương để tìm ra cấu trúc lưới điện phân phối tối ưu theo hàm mục tiêu đã xây dựng. - Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện được chứng minh bằng lý thuyết lẫn kết quả tính toán trên lưới điện thực tế, cho thấy một lưới điện có cấu trúc lưới đúng sẽ đưa ra cấu trúc lưới điện là tối ưu nhất có chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là thấp nhất. - Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu, vận hành lưới điện phân phối tại đơn vị Điện lực. Phương pháp nghiên cứu.
Các phương pháp nghiên cứu được triển khai trong luận văn này là: - Phân tích tổng hợp tài liệu liên quan đến bài toán tái cấu trúc lưới điện. - Sử dụng các phương pháp tính toán học để xây dựng hàm mục tiêu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện. - Sử dụng thuật toán Symbiotic Organism Search (SOS) và thuật toán vét cạn (brute force) để tìm cấu trúc lưới điện có chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là thấp nhất. - Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng tính toán lưới điện thực tế.
Kết quả dự kiến đạt được - Tìm ra một cấu trúc lưới điện tối ưu cho lưới điện của Điện lực thành phố Cao Lãnh, có chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là thấp nhất. 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2. Tổng quan về lưới phân phối 2. Định nghĩa và phân loại Lưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm điện có cấp điện áp đến 110kV [1].
Lưới phân phối điện là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do điều kiện kinh tế và kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối. Lưới phân phối gồm lưới trung áp và lưới hạ áp.
Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV. Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V. Người ta thường phân loại lưới phân phối theo 3 dạng: - Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: Gồm có lưới phân phối thành thị, lưới phân phối nông thôn và lưới phân phối xí nghiệp. - Theo thiết bị dẫn điện: Gồm có lưới phân phối trên không và lưới phân phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng: Gồm có lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn, không phân đoạn; Lưới phân phối kín vận hành hở và hệ thống phân phối điện. Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy hoạch và vận hành người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối trên 3 lĩnh vực đó là sự phục vụ đối với khách hàng, ảnh hưởng tới môi trường và hiệu quả kinh tế đối với các đơn vị cung cấp điện. Các tiêu chuẩn đánh giá như sau: - Chất lượng điện áp. 6 - Độ tin cậy cung cấp điện.
- Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất). - Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường dây thông tin). Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực tiếp đến điện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối.Tiêu chuẩn chất lượng lưới phân phối. Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đánh giá độ tin cậy lưới điện phân phối thông qua các chỉ tiêu độ tin cậy theo tiêu chuẩn IEEE 1366: Luật về lưới điện phân phối của Philipin; Luật về lưới điện phân phối của Úc; các nước như Mỹ, Thái Lan, Malaysia.
đều sử dụng các tiêu chuẩn này.