Luận văn thạc sĩ nghiên cứu và ứng dụng giải thuật tối ưu trọng trường gsa để tái cấu trúc lưới điện tp hcm có xét đến độ tin cậy cung cấp điện

- The description must be concise and clear, and must include the main keyword 'Luận văn thạc sĩ' Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng giải thuật GSA tối ưu trọng trường để tá...

• Tác giả: Lê Duy Phúc
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Việt Anh
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghệ TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Giải Thuật GSA Tối Ưu Trọng Trường Tái Cấu Trúc Lưới Điện TP HCM Đảm Bảo Độ Tin Cậy
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Đối với các công ty Điện lực
• 1.3. Đối với khách hàng sử dụng điện
• 1.4. Đối với mặt kinh tế trong ngành điện
• 1.5. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
• 1.6. Phạm vi nghiên cứu của luận văn
• 1.7. Hướng giải quyết vấn đề
• 1.8. Giá trị thực tiễn của luận văn
• 1.9. Bố cục của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TPHCM
• 2.1. Hệ thống điện
• 2.2. Đặc điểm của lưới điện phân phối TPHCM
• 2.3. Những lý do phải vận hành hình tia ở lưới điện phân phối
• 2.4. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối nhìn ở khía cạnh vận hành
• 2.5. Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ưu cấu trúc lưới điện phân phối
• 2.5.1. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín
• 2.5.2. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự - kỹ thuật đổi nhánh
• 2.5.3. Thuật toán di truyền – Genetic Algorithm (GA)
• 2.5.4. Giải thuật đàn kiến – Ant colony search (ACS)
• 2.5.5. Mạng thần kinh nhân tạo – Aritificial Neutral Network (ANN)
• 2.5.6. Thuật toán bầy đàn – Practicle Swarm Optimization (PSO)
• 2.5.7. Thuật toán tìm kiếm Tabu – Tabu Search (TS)
• 2.5.8. Thuật toán mô phỏng luyện kim – Simulated Annealing (SA)
• 2.6. Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối
• 2.6.1. Các nghiên cứu khoa học
• 2.6.1.1. Phương pháp cây sự cố - Graph Tree
• 2.6.1.2. Mô hình hóa dựa trên tỷ lệ sự cố và thời gian sửa chữa
• 2.6.1.3. Mô hình hóa cải tiến của Karin Alvehag và Lennart Soder
• 2.6.2. Các chỉ tiêu tính toán độ tin cậy trong lưới điện phân phối
• 3. CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ VÀ KIỂM TRA THỰC TẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THUỘC PHẠM VI QUẢN LÝ CỦA ĐIỆN LỰC THỦ THIÊM
• 3.1. Xây dựng hàm mục tiêu
• 3.1.1. Bài toán tái cấu trúc lưới cực tiểu chi phí vận hành
• 3.1.2. Bài toán tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí ngừng cung cấp điện
• 3.1.2.1. Xét lưới điện đơn giản có một nguồn
• 3.1.2.2. Xét mạng điện kín vận hành hở
• 3.1.2.3. Tính toán chi phí ngừng cung cấp điện
• 3.1.3. Hàm mục tiêu của bài toán cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện
• 3.1.3.1. Xây dựng thuật toán tính chi phí vận hành trong một ngày
• 3.1.3.2. Xây dựng thuật toán tính cực tiểu chi phí ngừng cung cấp điện
• 3.2. Giải thuật tối ưu trọng trường – Gravitational Search Algorithm (GSA)
• 3.2.1. Khái niệm về thuật toán trọng trường GSA
• 3.2.2. Lưu đồ thuật toán GSA
• 3.3. Tái cấu trúc lưới điện phân phối cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng điện sử dụng thuật toán GSA
• 3.4. Ví dụ kiểm tra giải thuật
• 3.4.1. Mạng điện 1 nguồn 33 nút
• 3.4.2. Kiểm tra thực tế trên lưới điện phân phối của Điện lực Thủ Thiêm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• 4.1. Những hạn chế
• 4.2. Đề xuất hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Nghiên cứu ứng dụng giải thuật GSA

Luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng giải thuật GSA (Gravitational Search Algorithm) để tối ưu hóa cấu trúc lưới điện phân phối tại TP HCM. Giải thuật GSA được chọn vì khả năng tìm kiếm tối ưu dựa trên nguyên lý tương tác trọng trường, giúp giảm thiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện. Tái cấu trúc lưới điện là quá trình điều chỉnh cấu hình lưới để đạt được hiệu quả cao nhất, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Luận văn đã xây dựng mô hình toán học để áp dụng giải thuật GSA vào lưới điện thực tế, với mục tiêu tìm ra cấu trúc tối ưu nhất.

1.1. Cơ sở lý thuyết của giải thuật GSA

Giải thuật GSA dựa trên nguyên lý tương tác trọng trường giữa các vật thể trong không gian. Mỗi vật thể đại diện cho một giải pháp tiềm năng, và lực hấp dẫn giữa chúng được sử dụng để điều chỉnh vị trí, hướng tới giải pháp tối ưu. Trong bài toán tái cấu trúc lưới điện, các vật thể đại diện cho các cấu hình lưới khác nhau. GSA giúp tìm ra cấu hình có chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện thấp nhất, đảm bảo độ tin cậy cao.

1.2. Ứng dụng GSA trong tái cấu trúc lưới điện

Ứng dụng giải thuật GSA trong tái cấu trúc lưới điện TP HCM đã được thực hiện thông qua việc xây dựng hàm mục tiêu cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện. Kết quả cho thấy, giải thuật GSA giúp tìm ra cấu hình lưới tối ưu, giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả vận hành lưới điện phân phối tại TP HCM.

II. Tối ưu trọng trường trong tái cấu trúc lưới điện

Tối ưu trọng trường là một khái niệm quan trọng trong việc áp dụng giải thuật GSA vào bài toán tái cấu trúc lưới điện. Quá trình này tập trung vào việc điều chỉnh cấu hình lưới để đạt được sự cân bằng giữa chi phí vận hành và độ tin cậy cung cấp điện. Lưới điện TP HCM được xem xét với các yếu tố như phụ tải, vị trí địa lý, và điều kiện khí hậu để đảm bảo tính khả thi của giải pháp.

2.1. Xây dựng hàm mục tiêu

Hàm mục tiêu trong bài toán tái cấu trúc lưới điện được xây dựng dựa trên hai yếu tố chính: chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện. Giải thuật GSA được sử dụng để tìm ra cấu hình lưới tối ưu, cực tiểu hóa các chi phí này. Kết quả cho thấy, việc áp dụng giải thuật GSA giúp giảm đáng kể chi phí vận hành và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

2.2. Kiểm chứng thực tế

Luận văn đã kiểm chứng giải thuật GSA trên các lưới điện mẫu và lưới điện thực tế tại TP HCM. Kết quả cho thấy, giải thuật GSA không chỉ giảm chi phí vận hành mà còn cải thiện độ tin cậy cung cấp điện. Điều này chứng minh tính hiệu quả và khả năng ứng dụng thực tế của giải thuật GSA trong việc tái cấu trúc lưới điện.

III. Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện

Độ tin cậy cung cấp điện là một yếu tố quan trọng trong bài toán tái cấu trúc lưới điện. Luận văn đã nghiên cứu các phương pháp đánh giá độ tin cậy và các yếu tố ảnh hưởng đến nó, như tỷ lệ sự cố và thời gian sửa chữa. Giải thuật GSA được sử dụng để tìm ra cấu hình lưới tối ưu, đảm bảo độ tin cậy cao nhất với chi phí thấp nhất.

3.1. Phương pháp đánh giá độ tin cậy

Luận văn đã sử dụng các phương pháp như phương pháp cây sự cố và mô hình hóa dựa trên tỷ lệ sự cố để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện. Các chỉ tiêu như SAIFI, SAIDI được sử dụng để đo lường hiệu quả của các giải pháp tái cấu trúc lưới điện.

3.2. Ứng dụng trong lưới điện TP HCM

Kết quả áp dụng giải thuật GSA vào lưới điện TP HCM cho thấy, độ tin cậy cung cấp điện được cải thiện đáng kể. Điều này không chỉ giảm thiểu thiệt hại do ngừng cung cấp điện mà còn nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo cung cấp điện năng ổn định cho các khu vực dân cư và công nghiệp, đặc biệt tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM). Theo số liệu năm 2015, lưới điện phân phối TP.HCM bao gồm hơn 5.700 km đường dây trung thế, hơn 10.500 km đường dây hạ thế và gần 24.000 trạm biến áp với tổng dung lượng 9.520 MVA, phục vụ hơn 1.380 khách hàng. Tuy nhiên, việc vận hành lưới điện phân phối hiện nay còn nhiều thách thức do chi phí vận hành cao và tổn thất điện năng, cùng với chi phí bồi thường do ngừng cung cấp điện gây ra thiệt hại kinh tế lớn.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là phát triển và ứng dụng giải thuật tối ưu trọng trường Gravitational Search Algorithm (GSA) nhằm tái cấu trúc lưới điện phân phối TP.HCM, với mục tiêu giảm thiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các lưới điện có một, hai và ba nguồn cung cấp, áp dụng trên các tuyến dây thuộc quản lý của Điện lực Thủ Thiêm. Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc hỗ trợ các công ty điện lực tối ưu hóa vận hành, giảm tổn thất và tăng khả năng cạnh tranh 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 hai khung lý thuyết chính: lý thuyết tái cấu trúc lưới điện phân phối và lý thuyết đánh giá độ tin cậy cung cấp điện. Tái cấu trúc lưới điện nhằm tìm ra cấu trúc vận hành tối ưu, đảm bảo vận hành hình tia, giảm tổn thất công suất và chi phí vận hành. Độ tin cậy cung cấp điện được đánh giá qua các chỉ tiêu như SAIDI (System Average Interruption Duration Index) và SAIFI (System Average Interruption Frequency Index), phản ánh thời gian và tần suất mất điện trung bình của khách hàng.

Giải thuật Gravitational Search Algorithm (GSA) được áp dụng như một phương pháp tối ưu dựa trên mô phỏng lực hấp dẫn giữa các vật thể, giúp tìm kiếm cấu trúc lưới điện tối ưu với hàm mục tiêu là tổng chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện. Các khái niệm chính bao gồm: chi phí vận hành, chi phí ngừng cung cấp điện, cấu trúc vận hành hình tia, và độ tin cậy cung cấp điện.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ hệ thống lưới điện phân phối TP.HCM, đặc biệt là các tuyến dây thuộc Điện lực Thủ Thiêm, với số liệu về hệ số phụ tải, thời gian ngừng cung cấp điện, cường độ sự cố theo mùa và các thông số kỹ thuật của thiết bị. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các lưới điện mẫu từ đơn giản (mạng 1 nguồn 33 nút) đến phức tạp (lưới điện thực tế hai tuyến Phước Lai và Ông Nhiêu).

Phương pháp phân tích sử dụng mô hình hóa hàm mục tiêu kết hợp với giải thuật GSA để tìm cấu trúc lưới tối ưu. Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 8/2015 đến tháng 1/2016, với các bước: tổng hợp tài liệu, xây dựng mô hình hàm mục tiêu, phát triển thuật toán GSA, kiểm thử trên lưới điện mẫu và đánh giá kết quả thực tế. Phần mềm Matlab được sử dụng để mô phỏng và tính toán.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm chi phí vận hành: Sau khi áp dụng giải thuật GSA, chi phí vận hành lưới điện giảm trung bình khoảng 15-20% so với cấu trúc vận hành ban đầu. Ví dụ, trên tuyến dây Phước Lai, chi phí vận hành giảm từ khoảng 1,2 tỷ đồng xuống còn khoảng 1 tỷ đồng trong mùa nắng.

2. Giảm chi phí ngừng cung cấp điện: Chi phí bồi thường do ngừng cung cấp điện giảm đáng kể, khoảng 25-30% so với trước khi tái cấu trúc. Trên tuyến Ông Nhiêu, thời gian ngừng cung cấp điện giảm trung bình 10-15%, góp phần giảm thiệt hại cho khách hàng.

3. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện: Các chỉ số SAIDI và SAIFI được cải thiện rõ rệt, với SAIDI giảm từ khoảng 120 phút xuống còn khoảng 90 phút, SAIFI giảm từ 3,5 lần xuống còn 2,8 lần trong năm khảo sát.

4. Tính đúng đắn và hiệu quả của giải thuật: Kết quả mô phỏng trên mạng điện 33 nút và lưới điện thực tế cho thấy độ hội tụ của hàm mục tiêu nhanh chóng, đảm bảo tìm được cấu trúc tối ưu trong thời gian hợp lý.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là do giải thuật GSA giúp xác định các vị trí khóa mở tối ưu, từ đó giảm tổn thất công suất và thời gian mất điện. So với các giải thuật truyền thống như thuật toán di truyền (GA) hay thuật toán bầy đàn (PSO), GSA cho kết quả ổn định hơn và hội tụ nhanh hơn.

Việc cải thiện độ tin cậy cung cấp điện không chỉ giảm thiệt hại kinh tế mà còn nâng cao sự hài lòng của khách hàng, đặc biệt là các phụ tải quan trọng như bệnh viện và sân bay. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trước và sau tái cấu trúc, cùng bảng tổng hợp các chỉ số độ tin cậy SAIDI, SAIFI.

Kết quả nghiên cứu phù hợp với các báo cáo ngành điện về nhu cầu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối trong bối cảnh thị trường điện cạnh tranh và yêu cầu khắt khe về độ tin cậy.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng giải thuật GSA rộng rãi: Các công ty điện lực nên áp dụng giải thuật GSA trong công tác tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện, ưu tiên các khu vực có mật độ phụ tải cao. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 1-2 năm.

2. Nâng cấp hệ thống thu thập dữ liệu: Đầu tư phát triển hệ thống giám sát và thu thập số liệu vận hành lưới điện phân phối theo thời gian thực để cung cấp dữ liệu chính xác cho việc đánh giá độ tin cậy và tối ưu hóa vận hành. Chủ thể thực hiện là các công ty điện lực phối hợp với đơn vị công nghệ thông tin.

3. Đào tạo nhân lực vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về giải thuật tối ưu và quản lý lưới điện thông minh cho đội ngũ kỹ sư và điều hành viên nhằm nâng cao năng lực vận hành và ứng dụng công nghệ mới. Thời gian đào tạo nên được thực hiện liên tục hàng năm.

4. Phát triển nghiên cứu mở rộng: Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục mở rộng áp dụng giải thuật GSA cho các lưới điện phức tạp hơn, tích hợp các yếu tố như năng lượng tái tạo và hệ thống lưu trữ điện để nâng cao tính bền vững và hiệu quả. Thời gian nghiên cứu tiếp theo dự kiến 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các công ty điện lực và đơn vị quản lý lưới điện: Giúp cải thiện hiệu quả vận hành, giảm tổn thất và chi phí bồi thường, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Cung cấp tài liệu tham khảo về ứng dụng giải thuật tối ưu trong tái cấu trúc lưới điện phân phối, đồng thời mở rộng kiến thức về đánh giá độ tin cậy.

3. Các nhà hoạch định chính sách năng lượng: Hỗ trợ xây dựng các chính sách phát triển lưới điện thông minh, thúc đẩy thị trường điện cạnh tranh và bền vững.

4. Doanh nghiệp công nghệ và phát triển phần mềm: Tham khảo để phát triển các giải pháp phần mềm quản lý và tối ưu lưới điện phân phối dựa trên các thuật toán tối ưu hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Giải thuật GSA là gì và tại sao được chọn?
   GSA là giải thuật tối ưu dựa trên mô phỏng lực hấp dẫn giữa các vật thể, giúp tìm kiếm cực tiểu hàm mục tiêu hiệu quả. GSA được chọn vì khả năng hội tụ nhanh và ổn định hơn so với các giải thuật khác như GA hay PSO.

2. Làm thế nào để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện?
   Độ tin cậy được đánh giá qua các chỉ số như SAIDI, SAIFI, phản ánh thời gian và tần suất mất điện trung bình của khách hàng. Các chỉ số này được tính dựa trên số liệu sự cố và thời gian sửa chữa.

3. Phạm vi áp dụng của nghiên cứu này là gì?
   Nghiên cứu tập trung vào lưới điện phân phối TP.HCM, đặc biệt các tuyến dây thuộc quản lý của Điện lực Thủ Thiêm, với các mô hình lưới điện một, hai và ba nguồn.

4. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các thành phố khác không?
   Có thể áp dụng cho các thành phố có cấu trúc lưới điện tương tự, tuy nhiên cần điều chỉnh tham số và dữ liệu đầu vào phù hợp với đặc thù từng địa phương.

5. Làm sao để triển khai giải thuật GSA trong thực tế?
   Cần tích hợp giải thuật vào phần mềm quản lý lưới điện, kết hợp với hệ thống thu thập dữ liệu vận hành, đồng thời đào tạo nhân lực vận hành để sử dụng hiệu quả.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình hàm mục tiêu kết hợp giải thuật GSA để tái cấu trúc lưới điện phân phối TP.HCM, giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện.
• Kết quả mô phỏng trên các lưới điện mẫu và thực tế cho thấy chi phí vận hành giảm khoảng 15-20%, chi phí ngừng cung cấp điện giảm 25-30%, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
• Giải thuật GSA chứng minh tính hiệu quả và khả năng hội tụ nhanh trong việc tìm cấu trúc lưới tối ưu.
• Đề xuất triển khai áp dụng rộng rãi giải thuật GSA, nâng cấp hệ thống thu thập dữ liệu và đào tạo nhân lực để nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu tích hợp năng lượng tái tạo và phát triển phần mềm quản lý lưới điện thông minh, nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững ngành điện.

Hành động ngay hôm nay để tối ưu hóa lưới điện phân phối, giảm thiểu tổn thất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho TP.HCM và các đô thị lớn khác!

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Điện năng là một dạng hàng hóa đặc biệt và giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội, an ninh chính trị của một quốc gia. Điện được sản xuất ra từ những nhà máy phát điện, sau đó được truyền tải đến những nơi có nhu cầu sử dụng điện và được phân phối cho các công ty Điện lực trước khi đến khách hàng. Mục đích hàng đầu của ngành điện là đảm bảo cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng đến khách hàng luôn là tốt nhất với giá bán là rẻ nhất. Đây là điều kiện cần tiên quyết có ý nghĩa quan trọng và quyết định đến sự tồn tại và phát triển của các công ty Điện lực Việt Nam khi tiến hành thị trường hóa ngành điện bắt đầu vào năm 2016 đối với thị trường bán buôn và năm 2021 đối với thị trường bán lẻ.

Ở các nước trên thế giới, với sự tiến bộ về khoa học và kỹ thuật của họ, các nhà khoa học luôn không ngừng tìm kiếm và nghiên cứu để đưa ra các giải pháp đảm bảo cung cấp điện và chất lượng điện năng như tìm kiếm nguồn năng lượng mới (renewable energy), hệ thống SCADA/EMS/DMS, những thuật toán tái cấu hình lưới để xây dựng một lưới điện vận hành thông minh và có độ ổn định cao. Với đặc thù của lưới điện phân phối của Việt Nam, bài toán tái cấu trúc lưới điện được đề xuất phục vụ công tác vận hành nhằm đi tìm một cấu trúc tối ưu cho lưới điện ứng với từng mục tiêu riêng lẻ hay nhiều mục tiêu khác nhau. Mục tiêu của bài toán đim tìm cấu trúc tối ưu của lưới điện phân phối là giảm chi phí vận hành và giảm chi phí ngừng cung cấp điện đến khách hàng. Luận văn này tiếp cận cách thức xây dụng thuật toán tính chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi cấu trúc lưới điện, từ đó áp dụng vào bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối để cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là thấp nhất sử dụng giải thuật tối ưu trọng trường Gravitational Search Algorithm – GSA.

Kết quả được 2 khảo sát trên nhiều lưới điện từ đơn giản đến phức tạp và được vận hành ở nhiều trường hợp khác nhau. Việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trong lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích như sau: 1.1 Đối với các 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 các công ty Điện lực do tăng lượng điện năng 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.2 Đối với khách hàng sử dụng điện - Giảm được chi phí sản xuất, thiệt hại do 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 mất điện những phụ tải quan trọng như bệnh viện, sân bay, … 1.3 Đối với mặt kinh tế trong ngành điện - Tạo ra một thị trường điện cạnh tranh lành mạnh. - Thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế Tuy nhiên việc cực tiểu chi phí ngừng cung cấp điện hay đánh giá độ tin cậy và cấu trúc lại lưới điện phân phối là một việc làm khó khăn, phức tạp và có độ chính xác không cao vì những lý do sau: - Độ tin cậy của từng phần tử trong lưới điện là một hàm rời rạc và phân bố theo thời gian.

3 - Độ tin cậy của các phần tử trong lưới điện phụ thuộc vào các điều kiện tự nhiên, vị trí địa lý, khí hậu của khu vực mà lưới điện phân phối đi qua. - Các số liệu phục vụ cho việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối là rất nhiều và được thu nhập lại bằng phương pháp thống kê. Đối với lưới điện Việt Nam hiện nay thì việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện gặp nhiều khó khăn như sau: - Thiết bị điện đã quá lạc hậu và đang trong quá trình thay mới dần. - Việc thu thập các số liệu trong quá trình vận hành chưa được chú trọng và lưu giữ cẩn thận.

- Các hệ thống giám sát và điều khiển từ xa theo thời gian thực chưa được phát triển rộng rãi đến lưới điện phân phối. - Bên cạnh đó, những chỉ tiêu được ban hành từ Tập đoàn Điện lực Việt Nam nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện rất gắt gao, đòi hỏi lưới điện phải có một cấu trúc vận hành ổn định và đáng tin cậy.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của 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. Luận văn này giúp chúng ta giải quyết các vấn đề sau: - Tìm hiểu các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp dụng. - Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện, các phương pháp đánh giá và những yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối.

- Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật Gravitational Search Algorithm – GSA để tìm ra cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi hệ thống. 4 - Kiểm chứng trên một số lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề xuất đồng thời so sánh với kết quả thực tế vận hành nếu đó là một lưới điện thực tế.3 Phạm vi nghiên cứu của luận văn Phạm vi nghiên cứu của Luận văn tập trung giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối với mục đích cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống. Với cơ sở lý thuyết là xây dựng thuật toán tính chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi cấu trúc lưới và áp dụng thuật toán Gravitational Search Algorithm vào trong hệ thống lưới điện hai nguồn, ba nguồn và một nguồn.4 Hướng giải quyết vấn đề - Phân tích tổng hợp tài liệu liên quan đến bài toán tái cấu trúc lưới điện. - Cơ sở liên quan đến đề tài nghiên cứu.

- Sử dụng các phương pháp tính toán học để xây dựng hàm mục tiêu giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống. - Sử dụng giải thuật Gravitational Search Algorithm – GSA để tìm cấu trúc tối ưu cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho lưới điện phân phối. - Sử dụng phần mềm Matlab để tính toán, kiểm tra lưới điện.5 Giá trị thực tiễn của luận văn - 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 mô hình tính toán cho thấy một lưới điện có cấu trúc lưới điện đúng sẽ đưa ra cấu hình lưới điện là tối ưu nhất có cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện. - Luận văn góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối.

- Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện phân phối.6 Bố cục của luận văn CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TPHCM CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ VÀ KIỂM TRA THỰC TẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THUỘC PHẠM VI QUẢN LÝ CỦA ĐIỆN LỰC THỦ THIÊM CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 6 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TPHCM 2.1 Hệ thống điện Hệ thống điện phân phối là hệ thống bao gồm lưới điện phân phối lấy nguồn từ các trạm trung gian 110/15/22 kV và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân bố điện năng. Hệ thống điện không ngừng phát triển theo thời gian và phụ thuộc vào nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải. Tùy thuộc vào lĩnh vực nghiên cứu mà hệ thống điện được chia thành 2 khía cạnh độc lập nhau: - Về mặt quản lý và vận hành, hệ thống điện được phân bố thành: + Các nhà máy phát điện: bao gồm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, địa nhiệt, tua bin quay nhờ sức gió, dòng thủy triều,… Các nhà máy điện do các công ty phát dẫn điện quản lý và vận hành. + Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ cấp điện áp 110kV trở lên làm nhiệm vụ nhận công suất từ các nhà máy điện phát lên và truyền tải điện đi xa.

Lưới truyền tải điện do công ty truyền tải điện phối hợp cùng các điều độ miền quản lý và vận hành. + Lưới điện phân phối là lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống làm nhiệm vụ phân bố công suất đến từng phụ tải. Lưới điện phân phối do các công ty Điện lực phân phối phối hợp cùng các điều độ lưới phân phối quản lý và vận hành. - Về mặt nghiên cứu, tính toán thì hệ thống điện được phân thành: + Lưới truyền tải siêu cao áp (500kV) + Lưới truyền tải (110, 220, 330 kV) + Lưới khu vực (110, 220 kV) + Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV) 7 + Lưới phân phối hạ áp (0.22 kV) Sơ đồ một hệ thống điện được thể hiện như sau: Hình 2.1 : Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện mô tả vị trí và nhiệm vụ của lưới điện phân phối trong hệ thống điện từ khâu phát điện đến trạm biến áp tăng áp để đưa vào lưới điện truyền tải trước khi đến các trạm biến áp trung gian và phân phối điện đến khách hàng.

Thành phố Hồ Chí Minh nhận điện từ nguồn điện của nhà máy thủy điện Thác Mơ, Trị An, Đa Nhim, cụm Nhiệt Điện Phú Mỹ và hệ thống 500kV Bắc–Nam thông 8 qua máy biến thế 500/220kV Phú Lâm và Nhà Bè, ngoài ra còn có GasTurbin Thủ Đức bổ sung thêm công suất cho hệ thống điện Thành phố Hồ Chí Minh.