Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu ứng dụng PSS ADEPT trong vận hành lưới điện phân phối Thủ Đức

• Tác giả: Trần Ngọc Sơn
• Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng PSS ADEPT Trong Vận Hành Lưới Điện Phân Phối Tại Thủ Đức
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cần thiết của đề tài
• 1.2. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.3. Giới hạn của đề tài
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Điểm mới của đề tài
• 1.6. Giá trị thực tiễn
• 1.7. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
• 2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối
• 2.2. Các giải thuật trí tuệ nhân tạo
• 2.3. Giải pháp sử dụng phần mềm PSS/ADEPT
• 2.3.1. Kỹ thuật đổi nhánh thuần Heuristic
• 2.3.2. Kỹ thuật vòng cắt Heuristic kết hợp với kỹ thuật tối ưu
• 2.3.3. Các kỹ thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo
• 2.3.4. Phương pháp giảm tổn thất công suất đề xuất theo PSS/ADEPT
• 2.3.5. Xác định dung lượng bù cho từng phát tuyến
• 2.3.6. Tổng quan về tổn thất điện năng phi kỹ thuật
• 2.3.6.1. Khái niệm chung
• 2.3.6.2. Các nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng phi kỹ thuật
• 2.3.6.3. Giải pháp đề xuất giảm tổn thất điện năng phi kỹ thuật
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT
• 3.1. Tổng quan về phần mềm PSS/ADEPT
• 3.2. Các chức năng của phần mềm PSS/ADEPT
• 3.3. Các chương trình ứng dụng
• 3.3.1. Cửa sổ Diagram View
• 3.3.2. Cửa sổ Equipment List View (chúng ta có thể hiển thị hoặc ẩn)
• 3.3.3. Cửa sổ Progress View
• 3.3.4. Cửa sổ Report Preview
• 3.4. Thiết lập các thông số của lưới điện phân phối
• 3.5. Chức năng của công cụ TOPO
• 3.5.1. Xác định điểm dừng tối ưu bằng chức năng TOPO Analysis
• 3.5.2. Qui trình thực hiện
• 3.5.3. Qui trình tái cấu trúc giảm tổn thất công suất tác dụng của lưới điện phân phối sử dụng công cụ TOPO
• 3.6. Chức năng của công cụ CAPO
• 3.6.1. Xác định vị trí dung lượng bù tối ưu bằng công cụ CAPO
• 3.7. Các bước thực hiện
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI QUẬN THỦ ĐỨC
• 4.1. Giới thiệu lưới điện quận Thủ Đức
• 4.2. Mô tả lưới điện phân phối
• 4.3. Mức độ mang tải, cos φ của các tuyến trung thế
• 4.4. Tình hình tổn thất điện năng Công ty Điện lực Thủ Đức giai đoạn từ năm 2015 – năm 2019
• 4.5. Sơ đồ kết nối lưới điện
• 4.6. Xác định tái cấu trúc của lưới phân phối quận Thủ Đức để giảm tổn thất công suất với sự giúp đỡ của phần mềm PSS/ADEPT
• 4.6.1. Xây dựng mô hình
• 4.6.2. Phương pháp thu thập số liệu
• 4.6.3. Phương pháp công suất tiêu thụ trung bình
• 4.6.4. Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải đặc trưng
• 4.6.5. Tiêu chí tính chọn phương thức vận hành hiệu quả cho lưới điện phân phối
• 4.6.6. Tính toán, lựa chọn phương thức vận hành cho lưới điện phân phối quận Thủ Đức - Tp.
• 4.6.7. Nâng cao điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu dùng TOPO
• 4.6.8. Xử lý kết quả
• 4.6.9. Kiểm tra hiệu quả giảm tổn thất điện năng của các cấu hình lưới điện
• 4.7. Bù tối ưu lưới điện phân phối quận Thủ Đức để giảm tổn thất công suất với sự trợ giúp của phần mềm PSS/ADEPT
• 4.7.1. Xây dựng mô hình
• 4.7.2. Nhập số liệu
• 4.7.3. Xử lý kết quả bài toán
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
• 5.1. Hướng nghiên cứu phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• Phụ lục 1: Kết quả chi tiết trạng thái các khóa điện sau khi chạy bài toán TOPO
• Phụ lục 2: Số liệu xử lý kết quả trước và sau khi chạy CAPO
• Phụ lục 3: Số liệu tính toán chi phí sau khi lắp đặt cụm bù

I. Giới thiệu về PSS ADEPT

Phần mềm PSS ADEPT là một công cụ mạnh mẽ trong việc tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối. Chương trình này cho phép người dùng mô phỏng và phân tích các cấu hình lưới điện khác nhau nhằm giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao hiệu suất vận hành. Việc sử dụng PSS ADEPT trong nghiên cứu này nhằm mục đích xác định các phương pháp tối ưu hóa cho vận hành lưới điện tại quận Thủ Đức. Theo nghiên cứu, PSS ADEPT cung cấp các công cụ như TOPO và CAPO, giúp xác định cấu hình tối ưu cho lưới điện, từ đó giảm thiểu tổn thất công suất và điện năng. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất lưới điện mà còn giảm chi phí đầu tư và vận hành cho các thiết bị bù. Như một kết quả, việc áp dụng PSS ADEPT đã chứng minh được giá trị thực tiễn trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho người tiêu dùng.

II. Tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối

Tổn thất điện năng là một trong những vấn đề lớn trong vận hành lưới điện. Tổn thất này được chia thành hai loại: tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật. Theo thống kê, tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối chiếm khoảng 60-70% tổng tổn thất điện năng của hệ thống. Để giảm thiểu tổn thất này, cần áp dụng các biện pháp như tái cấu hình lưới điện, lắp đặt tụ bù và cải thiện quản lý vận hành. Việc sử dụng PSS ADEPT giúp xác định vị trí và dung lượng bù tối ưu, từ đó giảm thiểu tổn thất điện năng. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật và phi kỹ thuật có thể giúp giảm tổn thất điện năng xuống mức yêu cầu, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho người tiêu dùng.

III. Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng PSS ADEPT

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng để phân tích hiệu quả của PSS ADEPT trong việc tối ưu hóa vận hành lưới điện. Các công cụ TOPO và CAPO được áp dụng để xác định cấu hình tối ưu cho lưới điện tại quận Thủ Đức. Phương pháp thu thập dữ liệu từ các trạm biến áp và đường dây phân phối giúp xây dựng mô hình chính xác cho việc phân tích. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng PSS ADEPT không chỉ giúp giảm tổn thất công suất mà còn cải thiện đáng kể hiệu suất vận hành của lưới điện. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng và giảm thiểu chi phí vận hành cho Công ty Điện lực Thủ Đức.

IV. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành

Dựa trên kết quả nghiên cứu, một số giải pháp phi kỹ thuật được đề xuất nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối tại quận Thủ Đức. Các giải pháp này bao gồm cải thiện quy trình quản lý vận hành, tăng cường đào tạo nhân viên và áp dụng công nghệ mới trong giám sát và điều khiển lưới điện. Việc áp dụng các giải pháp này không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn nâng cao khả năng phục vụ khách hàng. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phối hợp giữa các bộ phận trong Công ty Điện lực Thủ Đức để đạt được hiệu quả tối ưu trong vận hành lưới điện.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển

Luận văn đã chỉ ra rằng việc ứng dụng PSS ADEPT trong vận hành lưới điện phân phối tại quận Thủ Đức mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa cấu hình lưới điện có thể giảm thiểu tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Hướng nghiên cứu phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc mở rộng ứng dụng của PSS ADEPT cho các khu vực khác, cũng như nghiên cứu thêm về các công nghệ mới trong lĩnh vực điện lực. Điều này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng dịch vụ điện năng tại Việt Nam.

Tổng quan nghiên cứu

Tổn thất điện năng trong hệ thống điện Việt Nam là một vấn đề cấp thiết, đặc biệt trong lưới điện phân phối, chiếm khoảng 60-70% tổng tổn thất điện năng toàn hệ thống. Mục tiêu của ngành điện Việt Nam đến năm 2020 là giảm tổn thất điện năng xuống còn 6,5%, một thách thức lớn do cấu trúc phức tạp và đặc thù của lưới điện. Quận Thủ Đức, với sự phát triển kinh tế mạnh mẽ và nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng, là khu vực trọng điểm cần tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để vận hành tối ưu lưới phân phối điện lực Thủ Đức, với mục tiêu giảm tổn thất công suất và điện năng, đồng thời đảm bảo chất lượng điện áp tại các nút lưới. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát dữ liệu từ năm 2015 đến 2019, phân tích các chế độ tải điển hình trong năm khảo sát và đề xuất các giải pháp kỹ thuật cũng như phi kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả vận hành.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ Công ty Điện lực Thủ Đức và các đơn vị liên quan trong việc quản lý, vận hành lưới điện phân phối hiệu quả hơn, góp phần giảm tổn thất điện năng, nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện, từ đó thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình vận hành lưới điện phân phối, tập trung vào:

• Tổn thất điện năng trong lưới phân phối: Phân loại thành tổn thất kỹ thuật (do dòng điện, điện áp, chất lượng điện năng và thiết kế vận hành) và tổn thất phi kỹ thuật (do quản lý và trộm cắp điện). Tổn thất kỹ thuật được mô hình hóa qua các biểu thức toán học liên quan đến dòng điện, điện trở và điện áp trên các nhánh lưới.

• Tái cấu trúc lưới điện phân phối: Sử dụng các thuật toán heuristic như kỹ thuật đổi nhánh thuần, kỹ thuật vòng cắt kết hợp tối ưu, và các giải thuật trí tuệ nhân tạo (hệ chuyên gia, mạng thần kinh nhân tạo, thuật toán di truyền, thuật toán bầy đàn, mô phỏng luyện kim, thuật toán kiến) để tìm cấu hình lưới tối ưu giảm tổn thất công suất.

• Bù công suất phản kháng (CSPK): Xác định dung lượng, vị trí và loại tụ bù tối ưu nhằm giảm tổn thất công suất và cải thiện chất lượng điện áp, dựa trên mô hình toán học phân tích động và các chỉ số kinh tế.

• Phần mềm PSS/ADEPT: Công cụ hỗ trợ mô phỏng, phân tích và tối ưu vận hành lưới điện phân phối, bao gồm các chức năng TOPO (xác định điểm dừng tối ưu) và CAPO (xác định vị trí tụ bù tối ưu).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ lưới điện phân phối quận Thủ Đức giai đoạn 2015-2019, bao gồm dữ liệu điện thương phẩm, tổn thất điện năng, trạng thái thiết bị đóng cắt, và thông số kỹ thuật các tuyến dây, trạm biến áp.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình hóa - mô phỏng trên phần mềm PSS/ADEPT để phân tích cấu hình lưới điện hiện tại, thực hiện tái cấu trúc lưới bằng công cụ TOPO nhằm xác định điểm mở/tắt khóa điện tối ưu, và sử dụng công cụ CAPO để xác định vị trí, dung lượng tụ bù tối ưu.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ 2017 đến 2019, với các bước thu thập số liệu, xây dựng mô hình, chạy mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu được lấy từ toàn bộ lưới điện phân phối quận Thủ Đức, bao gồm các tuyến dây trung áp, trạm biến áp phân phối và các thiết bị đóng cắt, đảm bảo tính đại diện và đầy đủ cho phân tích.

• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Phần mềm PSS/ADEPT được chọn vì khả năng mô phỏng chi tiết, tích hợp các công cụ tối ưu hóa cấu hình lưới và bù CSPK, phù hợp với đặc thù vận hành lưới điện phân phối tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổn thất điện năng trên lưới phân phối Thủ Đức giai đoạn 2015-2019: Tổn thất điện năng trung bình chiếm khoảng 7-8% điện thương phẩm, cao hơn mục tiêu 6,5% của ngành điện. Tổn thất công suất tác dụng trên các tuyến dây trung áp dao động từ 3% đến 5% tùy theo thời điểm tải.

2. Hiệu quả tái cấu trúc lưới điện bằng công cụ TOPO: Sau khi chạy bài toán TOPO, tổn thất công suất giảm trung bình khoảng 12-15% so với cấu hình vận hành hiện tại. Cụ thể, tổng tổn thất công suất giảm từ khoảng 150 kW xuống còn khoảng 130 kW trên các tuyến dây chính.

3. Xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu bằng công cụ CAPO: Việc bố trí tụ bù hợp lý giúp giảm tổn thất công suất thêm khoảng 8-10% so với phương án không bù hoặc bù hiện hữu. Dung lượng tụ bù được xác định phù hợp với tải cực đại và cực tiểu, đảm bảo điện áp tại các nút trong giới hạn cho phép (±5%).

4. Giải pháp phi kỹ thuật nâng cao độ tin cậy và giảm tổn thất phi kỹ thuật: Đề xuất các biện pháp quản lý đo đếm, kiểm tra định kỳ thiết bị, và kiểm soát vi phạm sử dụng điện giúp giảm tổn thất phi kỹ thuật ước tính khoảng 1-2% tổng điện năng tiêu thụ.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy việc tái cấu trúc lưới điện phân phối quận Thủ Đức bằng công cụ TOPO mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc giảm tổn thất công suất, phù hợp với các nghiên cứu trong ngành điện về tối ưu hóa cấu hình lưới. Việc sử dụng công cụ CAPO để xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu cũng góp phần giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện áp, đồng thời cân đối chi phí đầu tư và vận hành.

So sánh với các nghiên cứu tương tự, kết quả này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của phương pháp sử dụng phần mềm PSS/ADEPT trong vận hành lưới điện phân phối tại Việt Nam. Việc kết hợp các giải pháp kỹ thuật và phi kỹ thuật là cần thiết để đạt được mục tiêu giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ điện nhận theo tháng, biểu đồ tổn thất công suất trước và sau tái cấu trúc, bảng tổng hợp dung lượng tụ bù và chi phí đầu tư, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Thực hiện tái cấu trúc lưới điện định kỳ bằng công cụ TOPO: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu giảm tổn thất công suất ít nhất 10% trong vòng 1 năm, chủ thể thực hiện là Công ty Điện lực Thủ Đức phối hợp với các đơn vị vận hành.

2. Lắp đặt và tối ưu hóa tụ bù theo kết quả CAPO: Động từ "lắp đặt và điều chỉnh", mục tiêu giảm tổn thất điện năng thêm 8-10% trong 2 năm, chủ thể là bộ phận kỹ thuật và đầu tư của Công ty Điện lực Thủ Đức.

3. Nâng cao công tác quản lý đo đếm và kiểm soát vi phạm sử dụng điện: Động từ "tăng cường kiểm tra và giám sát", mục tiêu giảm tổn thất phi kỹ thuật xuống dưới 2% trong 1 năm, chủ thể là phòng kinh doanh và kỹ thuật.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân viên vận hành: Động từ "tổ chức đào tạo", mục tiêu nâng cao hiệu quả vận hành và xử lý sự cố, thời gian liên tục hàng năm, chủ thể là ban lãnh đạo Công ty Điện lực Thủ Đức.

5. Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT trong quy trình vận hành thường xuyên: Động từ "áp dụng", mục tiêu tối ưu hóa vận hành lưới điện theo thời gian thực, chủ thể là đội ngũ kỹ thuật vận hành, thời gian triển khai trong 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ kỹ thuật và quản lý tại các công ty điện lực: Giúp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối, giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện năng.

2. Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện: Cung cấp tài liệu tham khảo về ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT và các phương pháp tối ưu hóa lưới điện phân phối.

3. Các nhà hoạch định chính sách và quản lý ngành điện: Hỗ trợ xây dựng các chính sách giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

4. Các đơn vị tư vấn và thiết kế hệ thống điện: Áp dụng các giải pháp tái cấu trúc và bù CSPK tối ưu trong thiết kế và vận hành lưới điện phân phối.

Câu hỏi thường gặp

1. PSS/ADEPT là gì và tại sao được sử dụng trong nghiên cứu này?
   PSS/ADEPT là phần mềm chuyên dụng mô phỏng và tối ưu vận hành lưới điện phân phối. Nó hỗ trợ xác định cấu hình lưới tối ưu và vị trí tụ bù, giúp giảm tổn thất công suất và điện năng. Ví dụ, công cụ TOPO và CAPO trong phần mềm giúp tìm điểm mở khóa điện và vị trí tụ bù tối ưu.

2. Tổn thất điện năng trong lưới phân phối gồm những loại nào?
   Tổn thất gồm tổn thất kỹ thuật (do dòng điện, điện áp, chất lượng điện năng và thiết kế vận hành) và tổn thất phi kỹ thuật (do quản lý kém và trộm cắp điện). Tổn thất kỹ thuật chiếm phần lớn và có thể giảm bằng các giải pháp kỹ thuật.

3. Làm thế nào để xác định vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu?
   Dựa trên mô hình toán học và phân tích tải, dung lượng tụ bù được tính theo công suất cực đại và cực tiểu của phát tuyến. Vị trí tụ bù được xác định sao cho giảm tối đa tổn thất công suất và đảm bảo điện áp trong giới hạn cho phép.

4. Giải pháp phi kỹ thuật nào giúp giảm tổn thất điện năng?
   Bao gồm quản lý chất lượng thiết bị đo đếm, kiểm tra định kỳ, giám sát vi phạm sử dụng điện và nâng cao nhận thức khách hàng. Ví dụ, kiểm tra và thay thế công tơ hư hỏng kịp thời giúp giảm thất thoát điện năng.

5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng ở đâu ngoài quận Thủ Đức?
   Phương pháp và giải pháp có thể áp dụng cho các lưới điện phân phối tại các đô thị khác có đặc điểm tương tự, giúp các công ty điện lực tối ưu vận hành, giảm tổn thất và nâng cao chất lượng điện năng.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu thành công việc sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để vận hành tối ưu lưới điện phân phối quận Thủ Đức, giảm tổn thất công suất và điện năng hiệu quả.
• Tái cấu trúc lưới điện bằng công cụ TOPO giúp giảm tổn thất công suất trung bình 12-15%, trong khi bố trí tụ bù tối ưu qua CAPO giảm thêm 8-10%.
• Giải pháp phi kỹ thuật nâng cao quản lý đo đếm và kiểm soát vi phạm góp phần giảm tổn thất phi kỹ thuật khoảng 1-2%.
• Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, hỗ trợ Công ty Điện lực Thủ Đức và các đơn vị liên quan trong vận hành lưới điện phân phối.
• Đề xuất triển khai các giải pháp kỹ thuật và phi kỹ thuật trong vòng 1-2 năm tới nhằm đạt mục tiêu giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Hành động tiếp theo: Triển khai áp dụng các công cụ và giải pháp nghiên cứu trong vận hành thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các khu vực lưới điện phân phối khác. Các cán bộ kỹ thuật và quản lý được khuyến khích tham khảo và áp dụng kết quả luận văn để nâng cao hiệu quả công tác.