Nghiên cứu thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối tp hà nội nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối tp hà nội nhằm giảm tổn thất công suất tác, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Ngô Thiệu Long
• Người hướng dẫn: TS. Trương Ngọc Minh
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Quản lý kỹ thuật – công nghệ
• Đề tài: Nghiên Cứu Thuật Toán Tái Cấu Hình Lưới Điện Phân Phối Hà Nội
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI PHÂN PHỐI
• 1.1. Giới thiệu chung về lưới điện phân phối
• 1.2. Bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
• 1.2.1. Mô hình toán
• 1.2.2. Một số phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối
• 1.2.2.1. Thuật toán cắt vòng kín
• 1.2.2.2. Thuật toán đổi nhánh
• 1.2.2.3. Thuật toán tìm ngược Backtracking
• 1.2.2.4. Thuật toán tái cấu trúc cho hệ thống lưới điện phân phối lớn cho tổng tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất
• 2. TÍNH TOÁN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT
• 2.1. Xây dựng các hệ phương trình
• 2.1.1. Hệ phương trình cân bằng dòng nút
• 2.1.2. Hệ phương trình cân bằng công suất nút
• 2.2. Phương pháp Newton-Raphson
• 3. CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG KỸ THUẬT THUẬT TOÁN TÌM KIẾM CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ TỔN THẤT CÔNG SUẤT NHỎ NHẤT
• 3.1. Thuật toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
• 3.2. Các bước tiến hành
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG
• 4.1. Mô tả lưới điện
• 4.2. Mô tả quá trình thực hiện thuật toán
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên cứu thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối Hà Nội

Nghiên cứu về thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối tại Hà Nội là một lĩnh vực quan trọng trong quản lý và vận hành hệ thống điện. Lưới điện phân phối (LĐPP) đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ. Việc tối ưu hóa cấu hình lưới điện không chỉ giúp giảm tổn thất công suất mà còn nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện. Bài viết này sẽ đi sâu vào các vấn đề, thách thức và giải pháp liên quan đến việc tái cấu hình lưới điện phân phối tại Hà Nội.

1.1. Giới thiệu về lưới điện phân phối tại Hà Nội

Lưới điện phân phối tại Hà Nội có cấu trúc phức tạp với nhiều điểm mở. Điều này tạo ra thách thức trong việc quản lý và vận hành. Các yêu cầu về chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện là rất quan trọng. Việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ lưới điện thông minh sẽ giúp cải thiện hiệu suất và giảm tổn thất công suất.

1.2. Tầm quan trọng của việc tái cấu hình lưới điện

Tái cấu hình lưới điện phân phối không chỉ giúp giảm tổn thất công suất mà còn nâng cao khả năng phục vụ khách hàng. Việc tối ưu hóa cấu hình lưới điện giúp cải thiện chất lượng điện áp và giảm thiểu sự cố mất điện. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao.

II. Vấn đề và thách thức trong tái cấu hình lưới điện phân phối

Việc tái cấu hình lưới điện phân phối tại Hà Nội gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như tổn thất công suất, sụt áp và quá tải thiết bị là những yếu tố cần được giải quyết. Hệ thống lưới điện hiện tại thường không đáp ứng được yêu cầu về độ tin cậy và chất lượng điện năng. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các thuật toán tối ưu là cần thiết.

2.1. Tổn thất công suất trong lưới điện phân phối

Tổn thất công suất là một trong những vấn đề lớn nhất trong lưới điện phân phối. Việc xác định vị trí các điểm mở và tối ưu hóa cấu hình lưới điện sẽ giúp giảm thiểu tổn thất này. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng thuật toán tối ưu có thể giảm tổn thất công suất đáng kể.

2.2. Sụt áp và ảnh hưởng đến chất lượng điện

Sụt áp là một vấn đề nghiêm trọng trong lưới điện phân phối. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng. Việc tái cấu hình lưới điện giúp cải thiện tình trạng này, đảm bảo điện áp luôn nằm trong giới hạn cho phép.

III. Phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối hiệu quả

Có nhiều phương pháp để tái cấu hình lưới điện phân phối. Các thuật toán như thuật toán cắt vòng kín, thuật toán đổi nhánh và thuật toán tìm ngược đã được nghiên cứu và áp dụng. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Thuật toán cắt vòng kín

Thuật toán cắt vòng kín là một trong những phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả. Nó giúp xác định cấu hình lưới điện tối ưu bằng cách đóng tất cả các khóa điện và sau đó mở dần các khóa có dòng điện nhỏ nhất. Phương pháp này giúp giảm tổn thất công suất một cách hiệu quả.

3.2. Thuật toán đổi nhánh

Phương pháp đổi nhánh cho phép thay đổi trạng thái của các khóa điện để tối ưu hóa tổn thất công suất. Mỗi lần thay đổi trạng thái, tổn thất công suất sẽ được đánh giá và điều chỉnh. Phương pháp này yêu cầu tính toán phức tạp nhưng mang lại hiệu quả cao.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu về thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Việc áp dụng các thuật toán tối ưu đã giúp giảm tổn thất công suất và cải thiện chất lượng điện năng. Các ứng dụng thực tiễn tại Hà Nội đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của các phương pháp này.

4.1. Kết quả từ các dự án thực tế

Nhiều dự án đã được triển khai tại Hà Nội, cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong việc giảm tổn thất công suất. Các số liệu thống kê cho thấy tổn thất công suất đã giảm từ 10% xuống còn 5% sau khi áp dụng các thuật toán tái cấu hình.

4.2. Tác động đến chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng đã được cải thiện đáng kể. Việc giảm sụt áp và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện đã giúp tăng cường sự hài lòng của khách hàng. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu và áp dụng các giải pháp tối ưu trong lưới điện phân phối.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu về thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối tại Hà Nội đã mở ra nhiều hướng đi mới cho việc tối ưu hóa hệ thống điện. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn, giúp nâng cao chất lượng điện năng và giảm thiểu tổn thất công suất. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới sẽ là chìa khóa cho sự phát triển bền vững của lưới điện phân phối.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán mới, ứng dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo trong việc tối ưu hóa lưới điện. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí vận hành.

5.2. Tầm nhìn cho lưới điện thông minh

Tương lai của lưới điện phân phối sẽ hướng tới việc xây dựng một hệ thống lưới điện thông minh, có khả năng tự động điều chỉnh và tối ưu hóa theo nhu cầu sử dụng. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của lưới điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối (LĐPP) là thành phần quan trọng trong hệ thống điện, chịu trách nhiệm cung cấp điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng cuối cùng. Tại Việt Nam, đặc biệt ở thành phố Hà Nội, lưới điện phân phối có cấu trúc phức tạp với nhiều điểm mở nhằm tạo thành lưới điện hình tia trong vận hành thực tế. Theo ước tính, tổn thất công suất tác dụng trong lưới điện phân phối chiếm tỷ lệ đáng kể, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả sử dụng năng lượng và chi phí vận hành. Do đó, việc tối ưu hóa cấu hình lưới điện phân phối để giảm tổn thất công suất là một vấn đề cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phát triển và ứng dụng thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối tại thành phố Hà Nội nhằm giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng, đồng thời đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về điện áp, công suất và độ tin cậy cung cấp điện. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng kín với nhiều điểm mở, sử dụng dữ liệu thực tế của lưới điện Hà Nội và mô phỏng trên nền tảng MATLAB.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện, giảm chi phí tổn thất điện năng, đồng thời góp phần cải thiện chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học cho các nhà quản lý và kỹ sư trong việc thiết kế và vận hành lưới điện phân phối hiện đại, phù hợp với xu hướng phát triển đô thị và công nghiệp 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 toán học về lưới điện phân phối và bài toán tối ưu hóa cấu hình lưới điện. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

1. Mô hình toán bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối: Bài toán được mô tả dưới dạng quy hoạch phi tuyến rời rạc với hàm mục tiêu là giảm thiểu tổng tổn thất công suất tác dụng trên toàn bộ lưới. Các ràng buộc kỹ thuật bao gồm giới hạn điện áp tại các nút, giới hạn công suất của máy biến áp và đường dây, cũng như yêu cầu vận hành lưới điện ở dạng hình tia.

2. Phương pháp Newton-Raphson trong tính toán trào lưu công suất: Đây là phương pháp giải hệ phương trình phi tuyến cân bằng công suất nút, được sử dụng để tính toán dòng điện, điện áp và tổn thất công suất trong lưới điện. Phương pháp có ưu điểm hội tụ nhanh và phù hợp với hệ thống có số nút lớn.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: lưới điện phân phối (LĐPP), tổn thất công suất tác dụng, cấu hình lưới hình tia, khóa điện, trào lưu công suất, ma trận tổng dẫn nút, nút PQ, nút PV, nút cân bằng, và thuật toán tái cấu trúc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được sử dụng là các thông số kỹ thuật và cấu trúc lưới điện phân phối thực tế tại thành phố Hà Nội, bao gồm 33 nút và nhiều khóa điện trong hệ thống. Dữ liệu này được nhập vào phần mềm MATLAB để mô phỏng và tính toán.

Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng.
• Áp dụng thuật toán tái cấu trúc gồm hai giai đoạn: giai đoạn mở khóa điện để chuyển lưới từ dạng vòng kín sang hình tia, và giai đoạn trao đổi trạng thái khóa để tối ưu hóa cấu hình.
• Sử dụng phương pháp Newton-Raphson để tính toán trào lưu công suất và kiểm tra các điều kiện kỹ thuật trong từng cấu hình lưới.
• Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2022, với các bước thực hiện từ thu thập dữ liệu, xây dựng thuật toán, lập trình mô phỏng đến phân tích kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống lưới điện phân phối Hà Nội với 33 nút và các khóa điện liên quan. Phương pháp chọn mẫu là sử dụng toàn bộ dữ liệu thực tế để đảm bảo tính đại diện và độ chính xác của kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm tổn thất công suất tác dụng đáng kể: Thuật toán tái cấu trúc lưới điện phân phối đã giảm tổn thất công suất tác dụng từ mức ban đầu khoảng 16,63 MW xuống còn khoảng 5,97 MW, tương đương giảm khoảng 64%. So với các phương pháp truyền thống như thuật toán cắt vòng kín hay đổi nhánh, mức giảm tổn thất đạt được cao hơn nhiều (các phương pháp cũ chỉ giảm dưới 5%).

2. Đảm bảo giới hạn điện áp và kết nối lưới: Trong quá trình mở khóa và trao đổi trạng thái khóa, điện áp tại các nút luôn nằm trong giới hạn cho phép ±5% điện áp định mức, đảm bảo chất lượng điện áp. Hệ thống lưới điện luôn duy trì kết nối, không có nút nào bị mất điện.

3. Tối ưu hóa cấu hình lưới hình tia: Thuật toán đã xác định được cấu hình lưới hình tia tối ưu với các khóa điện được mở theo thứ tự 7, 3, 4, loại bỏ các khóa không cần thiết và các vòng kín không cần thiết, giúp vận hành lưới đơn giản và hiệu quả hơn.

4. Hiệu quả thuật toán trên lưới lớn: Thuật toán phù hợp với lưới điện phân phối quy mô lớn như Hà Nội, với khả năng xử lý nhiều khóa điện và nút phụ tải, đồng thời giảm thiểu số lượng phương án cần xét, tiết kiệm thời gian tính toán.

Thảo luận kết quả

Kết quả giảm tổn thất công suất tác dụng đến 64% cho thấy thuật toán tái cấu trúc lưới điện phân phối mới có hiệu quả vượt trội so với các phương pháp truyền thống. Nguyên nhân chính là do thuật toán sử dụng chiến lược mở khóa dựa trên tổng tổn thất công suất tăng ít nhất và trao đổi trạng thái khóa liền kề để tối ưu hóa cấu hình cuối cùng.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với báo cáo của ngành điện về việc tái cấu trúc lưới điện giúp giảm tổn thất điện năng đáng kể. Việc duy trì điện áp trong giới hạn cho phép cũng chứng minh thuật toán đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật quan trọng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tổn thất công suất trước và sau tái cấu trúc, bảng tổng hợp trạng thái khóa điện và điện áp các nút trong từng cấu hình, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của thuật toán.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng thuật toán trong vận hành thực tế: Các đơn vị quản lý lưới điện nên áp dụng thuật toán tái cấu trúc để tối ưu hóa vận hành, giảm tổn thất công suất tác dụng, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Thời gian thực hiện trong vòng 6-12 tháng, phối hợp với các phòng ban kỹ thuật.

2. Phát triển phần mềm hỗ trợ tự động hóa: Xây dựng phần mềm tích hợp thuật toán trên nền tảng MATLAB hoặc các ngôn ngữ lập trình khác để tự động xác định cấu hình tối ưu, giảm thiểu sai sót và tăng tốc độ xử lý. Chủ thể thực hiện là các nhóm nghiên cứu và công ty công nghệ.

3. Mở rộng nghiên cứu cho lưới điện không cân bằng và có thiết bị bù phản kháng: Nghiên cứu tiếp tục mở rộng mô hình để tính đến các yếu tố phức tạp hơn như lưới điện không cân bằng, thiết bị bù công suất phản kháng nhằm nâng cao tính thực tiễn và hiệu quả.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho kỹ sư vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về thuật toán tái cấu trúc và phần mềm hỗ trợ cho đội ngũ kỹ sư vận hành lưới điện, giúp họ hiểu và vận dụng hiệu quả trong công việc hàng ngày.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và quản lý vận hành lưới điện phân phối: Giúp hiểu rõ về thuật toán tái cấu trúc, áp dụng để tối ưu hóa vận hành, giảm tổn thất và nâng cao chất lượng điện áp.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điện – điện tử, quản lý kỹ thuật: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình toán học, thuật toán tối ưu và phương pháp tính toán trào lưu công suất.

3. Các công ty phát triển phần mềm và thiết bị tự động hóa lưới điện: Là cơ sở để phát triển các giải pháp phần mềm hỗ trợ vận hành lưới điện thông minh.

4. Cơ quan quản lý ngành điện và các nhà hoạch định chính sách: Hỗ trợ xây dựng các chính sách và kế hoạch phát triển lưới điện hiệu quả, bền vững, giảm tổn thất điện năng.

Câu hỏi thường gặp

1. Thuật toán tái cấu trúc lưới điện phân phối là gì?
   Thuật toán là phương pháp xác định trạng thái đóng/mở của các khóa điện trong lưới phân phối để tạo ra cấu hình lưới hình tia tối ưu, giảm tổn thất công suất tác dụng và đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Ví dụ, thuật toán đã giảm tổn thất từ 16,63 MW xuống còn 5,97 MW trong nghiên cứu.

2. Tại sao phải vận hành lưới điện phân phối ở dạng hình tia?
   Lưới hình tia giúp đơn giản hóa thiết kế hệ thống bảo vệ, dễ điều chỉnh điện áp và dòng công suất, vận hành linh hoạt và chi phí thấp hơn so với mạch vòng kín. Đây là kết luận từ nhiều nghiên cứu và thực tế vận hành.

3. Phương pháp Newton-Raphson được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Phương pháp Newton-Raphson giải hệ phương trình phi tuyến cân bằng công suất nút, tính toán điện áp và dòng điện trong lưới để đánh giá tổn thất và kiểm tra điều kiện kỹ thuật trong từng cấu hình lưới.

4. Thuật toán có áp dụng được cho lưới điện lớn không?
   Có, thuật toán được thiết kế phù hợp với lưới điện phân phối quy mô lớn như Hà Nội với 33 nút và nhiều khóa điện, giúp giảm số lượng phương án cần xét và tiết kiệm thời gian tính toán.

5. Làm thế nào để triển khai thuật toán vào thực tế vận hành?
   Cần xây dựng phần mềm hỗ trợ tự động hóa, đào tạo kỹ sư vận hành và phối hợp với các đơn vị quản lý lưới điện để áp dụng thuật toán trong các kịch bản vận hành thực tế, đảm bảo giảm tổn thất và nâng cao chất lượng điện áp.

Kết luận

• Thuật toán tái cấu trúc lưới điện phân phối đã giảm tổn thất công suất tác dụng đến khoảng 64% so với cấu hình ban đầu.
• Phương pháp đảm bảo các điều kiện kỹ thuật về điện áp, công suất và kết nối lưới trong quá trình vận hành.
• Thuật toán phù hợp với lưới điện phân phối quy mô lớn, có khả năng xử lý nhiều khóa điện và nút phụ tải.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và công cụ hỗ trợ cho việc tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối tại Hà Nội.
• Đề xuất triển khai ứng dụng thuật toán trong thực tế, phát triển phần mềm hỗ trợ và mở rộng nghiên cứu cho các hệ thống phức tạp hơn.

Tiếp theo, cần tiến hành thử nghiệm thuật toán trên các hệ thống lưới điện thực tế khác, đồng thời phát triển giao diện phần mềm thân thiện để hỗ trợ kỹ sư vận hành. Mời các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong ngành điện tiếp cận và ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN TÁI CẤU HÌNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP HÀ NỘI NHẰM GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT TÁC DỤNG Ngô Thiệu Long Long.vn Ngành Quản lý kỹ thuật – công nghệ Giảng viên hƣớng dẫn: TS. Trương Ngọc Minh Chữ ký của GVHD Khoa: Điện – Trƣờng Điện, Điện tử Hà Nội, 2022 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Ngô Thiệu Long Đề tài luận văn: Nghiên cứu thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối Thành phố Hà Nội nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng Chuyên ngành: Quản lý kỹ thuật – công nghệ Mã số SV: 20202677M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 29/10/2022 với các nội dung sau: - Hiệu chỉnh lại phần Tóm tắt luận văn cho phù hợp. - Bổ sung hiệu chỉnh lại phần Mục lục. - Bổ sung sanh mục tài liệu tham khảo, trích dẫn.

- Hiệu chỉnh lại phần Kết luận của đề tài. Ngày 22 tháng 11 năm 2022 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn Ngô Thiệu Long TS. Trƣơng Ngọc Minh CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS. Lã Minh Khánh LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu của các đồng nghiệp, trích dẫn một số bài viết, tài liệu chuyên ngành liên quan đến lưới điện phân phối của Việt Nam. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Ngô Thiệu Long LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn sự giúp đỡ của TS. Trương Ngọc Minh trong việc hoàn thành luận văn này.

Trong quá trình làm luận văn, em không thể tránh được các thiếu sót, mong các thầy cô và các bạn góp ý để em hoàn thiện hơn luận văn của mình. Em xin cam đoan luận văn: “Nghiên cứu thuật toán tái cấu hình lưới điện phân phối TP Hà Nội nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng” do em tự nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của TS. Trương Ngọc Minh Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Em xin chân thành cảm ơn TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Lưới điện phân phối (LĐPP) thường có các điểm mở để tạo thành lưới điện hình tia khi cần thiết. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành thì phụ tải của LĐPP thay đổi liên tục nên bài toán xác định vị trí các điểm mở của LĐPP ngày càng quan trọng. Việc tìm điểm mở trên LĐPP thực chất là đi xác định một cấu hình mới của LĐPP để đạt các mục tiêu trong vận hành như cải thiện chất lượng điện áp, cải thiện độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất công suất tác dụng… Bài toán này thường được gọi là bài toán tái cấu trúc LĐPP. Trong luận văn này, em đã xây dựng chương trình xác định vị trí mở của các khóa điện cho hệ thống lưới phân phối để tạo nên chế độ vận hành tối ưu, dựa trên nền tảng ngôn ngữ lập trình MATLAB.

Phần mềm này có thư viện các hàm toán học hết sức phong phú, và hỗ trợ mạnh mẽ các phép toán xử lý ma trận. Nội dung đề tài em xin giới thiệu những module chính trong phần lập trình thông qua một ví dụ xác định vị trí các khóa mở trong một lưới điện phân phối ở thành phố Hà Nội. Trong kết luận em cũng xin đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo. HỌC VIÊN Ngô Thiệu Long MỤC LỤC ĐỀ TÀI LUẬN VĂN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƢỚI PHÂN PHỐI .1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối .2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối .1 Mô hình toán .2 Một số phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .1 Thuật toán cắt vòng kín [1] .2 Thuật toán đổi nhánh [2] .3 Thuật toán tìm ngược Backtracking [3] .4 Thuật toán tái cấu trúc cho hệ thống lưới điện phân phối lớn cho tổng tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất [4].

TÍNH TOÁN TRÀO LƢU CÔNG SUẤT .1 Xây dựng các hệ phương trình .1 Hệ phương trình cân bằng dòng nút .2 Hệ phương trình cân bằng công suất nút .2 Phương pháp Newton-Raphson .17 CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG KỸ THUẬT THUẬT TOÁN TÌM KIẾM CẤU HÌNH LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ TỔN THẤT CÔNG SUẤT NHỎ NHẤT .2 Thuật toán tái cấu trúc lưới điện phân phối .3 Các bước tiến hành .37 CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG.1 Mô tả lưới điện: .2 Mô tả quá trình thực hiện thuật toán: .48 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 53 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Giải thuật của Merlin và Back .2: Phương pháp kỹ thuật đổi nhánh – Branch exchange methods .3: Đồ thị so sánh kết quả các phương pháp .1: Minh họa phương pháp Newton-Raphson .2: Sơ đồ khối phương pháp Newton-Raphson .3: Sơ đồ khối áp dụng phương pháp Newton-Raphson trong tính toán trào lưu công suất .2: Giao diện nhập dữ liệu nút .3: Giao diện nhập dữ liệu nhánh.4: Giao diện chính của chương trình .5: Kết quả thu được qua 2 giai đoạn .6: Kết quả cuối cùng của bài toán .50 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: So sánh kết quả của các phương pháp nêu trên.50 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT HTĐ : Hệ thống điện LĐPP : Lưới điện phân phối RMU : Thiết bị nối mạch vòng IEEE : Lưới mẫu ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thực hiện nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Trong hệ thống điện, lưới điện phân phối (LĐPP) nhận điện năng từ lưới truyền tải hay trạm biến áp trung gian của cấp truyền tải để cung cấp điện đến các hộ tiêu thụ. Tại Việt nam, lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22, 35 kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp, lưới hạ áp 380/220V cấp điện cho các phụ tải hạ áp.

Phụ tải của lưới phân phối Việt Nam đa dạng và phức tạp, nhất là ở một số khu vực các phụ tải sinh hoạt, dịch vụ và tiểu thủ công nghiệp đa phần cùng trong 1 hộ phụ tải. Các LĐPP này khi thiết kế có dạng kín nhưng trong chế độ vận hành thì chúng thường vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá. Trong mạch vòng các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc thiết bị nối mạch vòng (RMU), các thiết bị này vận hành ở vị trí mở. Khi cần sửa chữa hoặc có sự cố đường dây điện thì việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng cắt dao cách ly phân đoạn hay tự động chuyển đổi nhờ các thiết bị nối mạch vòng.

So với dạng hình tia, mạch vòng có chất lượng điện tốt hơn, đó chính là lí do tồn tại của mạch vòng, song lại gây vấn đề phức tạp về bảo vệ rơle. Cấu trúc mạch vòng chỉ thích hợp cho mạng có số lượng trạm trên mạch vòng ít. Mặt khác cùng với một giá trị vốn đầu tư thì hiệu quả khai thác mạch vòng kín so với mạch hình tia là thấp hơn. Ngoài ra, chất lượng phục vụ của mạng hình tia đã liên tục được cải thiện, đặc biệt là những thập niên gần đây với sự xuất hiện các thiết bị công nghệ mới và các thiết bị tự động, việc giảm bán kính cung cấp điện, tăng tiết diện dây dẫn và bù công suất phản kháng, do vậy chất lượng điện mạng hình tia đã được cải tạo nhiều.

Kết quả của nhiều nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành đã đưa đến kết luận nên vận hành lưới phân phối theo dạng hình tia bởi các lý do:  Dễ dàng hơn trong việc thiết kế hệ thống bảo vệ rơle  Điều chỉnh điện áp dễ dàng hơn  Dự báo và điều khiển dòng công suất dễ dàng hơn  Vận hành đơn giản, linh hoạt  Chi phí thấp 1 Do đó, LĐPP thường có các điểm mở để tạo thành lưới điện hình tia khi cần thiết. Tuy nhiên, trong quá trình vận hành thì phụ tải của LĐPP thay đổi liên tục nên bài toán xác định vị trí các điểm mở của LĐPP ngày càng quan trọng. Việc tìm điểm mở trên LĐPP thực chất là đi xác định một cấu hình mới của LĐPP để đạt các mục tiêu trong vận hành như cải thiện chất lượng điện áp, cải thiện độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất công suất tác dụng… Bài toán này thường được gọi là bài toán tái cấu trúc LĐPP. Trong luận văn này, em đã xây dựng chương trình xác định vị trí mở của các khóa điện cho hệ thống lưới phân phối để tạo nên chế độ vận hành tối ưu, dựa trên nền tảng ngôn ngữ lập trình MATLAB.

Phần mềm này có thư viện các hàm toán học hết sức phong phú, và hỗ trợ mạnh mẽ các phép toán xử lý ma trận. Nội dung đề tài em xin giới thiệu những module chính trong phần lập trình thông qua một ví dụ xác định vị trí các khóa mở trong một lưới điện phân phối ở thành phồ Hà Nội. Trong kết luận em cũng xin đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo. Giáo viên hƣớng dẫn TS.

Trƣơng Ngọc Minh 2 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƢỚI 2 PHÂN PHỐI 2.1 Giới thiệu chung về lƣới điện phân phối Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thực hiện nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Trong hệ thống điện, lưới điện phân phối (LĐPP) nhận điện năng từ lưới truyền tải hay trạm biến áp trung gian của cấp truyền tải để cung cấp điện đến các hộ tiêu thụ. Các yêu cầu chính đối với lưới điện phân phối bao gồm: - Mạng điện phân phối cung cấp điện năng trực tiếp cho khách hàng sử dụng, do đó chất lượng điện áp là yêu cầu quan trọng cần được bảo đảm. Điện áp của lưới phân phối phải nằm trong giới hạn cho phép.