Luận văn thạc sĩ HCMUTE về tái cấu hình và khôi phục cung cấp điện cho lưới điện phân phối

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích hcmute tái cấu hình khôi phục cung cấp điện cho lưới điện phân phối, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi cho thực

• Tác giả: Lại Nguyễn Thành Đạt
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trương Việt Anh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Tái Cấu Hình Và Khôi Phục Cung Cấp Điện Cho Lưới Điện Phân Phối
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cần thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lưới điện phân phối
• 2.2. Đặc điểm của lưới điện phân phối
• 2.3. Nguyên nhân vận hành hình tia trên lưới điện phân phối
• 2.4. Mục đích tái cấu trúc lưới điện
• 2.5. Giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization)
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
• 3.1. Hàm mục tiêu chống quá tải
• 3.2. Phương pháp BW/FW
• 3.3. Phương pháp đề xuất
• 3.4. Ví dụ kiểm tra giải thuật trên lưới IEEE-33 nút
• 3.4.1. Vận hành ở điều kiện bình thường
• 3.4.2. Khi có sự tăng tải đột biến ở các phụ tải
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ
• 4.1. Lưới điện trạm Lê Minh Xuân
• 4.2. Thông số của lưới điện
• 4.3. Kết quả tính toán
• 4.4. Khi có tăng tải làm quá tải đường dây
• 4.5. Kết quả chuyển khóa của TOPO
• 4.6. Kết quả của giải thuật đề xuất
• 4.7. Đánh giá và kết luận
• 4.8. Đề xuất hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối (LĐPP) là hệ thống chuyển tải điện năng từ các trạm biến áp đến tay người tiêu dùng. Đặc điểm của LĐPP là thường được thiết kế theo kiểu mạch vòng nhưng lại vận hành theo hình tia. Điều này dẫn đến việc lưới điện có khả năng chịu tải không đồng đều, gây ra tình trạng quá tải ở một số nhánh trong khi các nhánh khác lại không tải. Việc này không chỉ làm giảm hiệu quả cung cấp điện mà còn gia tăng nguy cơ xảy ra sự cố. Để khắc phục tình trạng này, việc tái cấu hình lưới điện là cần thiết. Quá trình này bao gồm việc thao tác đóng/mở các khóa điện nhằm tối ưu hóa việc phân phối điện năng, giảm thiểu tổn thất và đảm bảo an toàn cho hệ thống. Theo nghiên cứu, việc khôi phục cung cấp điện cho LĐPP không chỉ giúp cải thiện độ tin cậy mà còn tiết kiệm chi phí vận hành.

1.1. Tính cần thiết của tái cấu hình lưới điện

Tái cấu hình lưới điện là một giải pháp hiệu quả để đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định. Khi lưới điện hoạt động lâu dài ở chế độ quá tải, các thiết bị có thể bị hư hỏng, dẫn đến sự cố. Việc tái cấu hình giúp giảm thiểu tổn thất công suất và đảm bảo không xảy ra tình trạng quá tải. Đặc biệt, trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, việc áp dụng các giải pháp công nghệ mới như hệ thống SCADA sẽ giúp quá trình khôi phục cung cấp điện diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các giải thuật tối ưu như PSO (Particle Swarm Optimization) có thể giúp tìm ra vị trí mở khóa điện tối ưu, từ đó cải thiện hiệu suất của LĐPP.

II. Các phương pháp tái cấu hình lưới điện

Có nhiều phương pháp để thực hiện tái cấu hình lưới điện, trong đó các giải thuật tối ưu đóng vai trò quan trọng. Một trong những phương pháp phổ biến là sử dụng giải thuật PSO kết hợp với phương pháp tính tổn thất công suất Backward/Forward. Giải thuật này giúp xác định vị trí mở khóa điện tối ưu nhằm giảm thiểu tổn thất công suất và đảm bảo không xảy ra quá tải. Việc áp dụng các giải thuật này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của lưới điện mà còn giảm thiểu thời gian ngừng cung cấp điện cho khách hàng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các công nghệ hiện đại trong quản lý lưới điện sẽ mang lại nhiều lợi ích, từ việc giảm chi phí vận hành đến việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

2.1. Giải thuật PSO trong tái cấu hình lưới điện

Giải thuật PSO là một trong những giải pháp hiệu quả trong việc tìm kiếm cấu hình tối ưu cho lưới điện phân phối. Giải thuật này hoạt động dựa trên nguyên lý mô phỏng hành vi của các đàn chim trong tự nhiên, từ đó tìm ra giải pháp tối ưu cho bài toán tái cấu hình. Việc áp dụng PSO giúp giảm thiểu tổn thất công suất và đảm bảo không xảy ra tình trạng quá tải trên lưới điện. Nghiên cứu đã chứng minh rằng PSO có thể được áp dụng hiệu quả trên các mô hình lưới điện thực tế, từ đó nâng cao khả năng khôi phục cung cấp điện trong các tình huống khẩn cấp.

III. Kết quả và đánh giá

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các giải thuật tối ưu trong tái cấu hình lưới điện đã mang lại nhiều lợi ích. Các mô hình thử nghiệm trên lưới điện mẫu 33 nút của IEEE cho thấy khả năng giảm thiểu tổn thất công suất và đảm bảo cung cấp điện ổn định. Việc sử dụng phần mềm PSS – ADEPT và Matlab trong quá trình mô phỏng đã chứng minh tính khả thi của các giải pháp đề xuất. Đánh giá tổng thể cho thấy rằng việc khôi phục cung cấp điện cho LĐPP không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao.

3.1. Đánh giá hiệu quả của giải thuật

Giải thuật PSO đã được kiểm chứng trên nhiều mô hình lưới điện khác nhau và cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc tối ưu hóa cấu hình lưới điện. Kết quả cho thấy rằng thời gian khôi phục cung cấp điện được rút ngắn đáng kể, đồng thời tổn thất công suất cũng giảm xuống mức tối thiểu. Việc áp dụng các giải thuật tối ưu không chỉ giúp nâng cao hiệu suất của lưới điện mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống. Điều này cho thấy rằng việc đầu tư vào công nghệ và nghiên cứu phát triển trong lĩnh vực điện lực là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội nhanh chóng, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao, dẫn đến nhiều thách thức trong việc đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định. Theo ước tính, sự gia tăng tải điện trong các khu vực dân cư và công nghiệp đã làm xuất hiện các hiện tượng quá tải trên lưới điện phân phối (LĐPP), gây ra nguy cơ sự cố và gián đoạn cung cấp điện. Lưới điện phân phối, mặc dù được thiết kế theo cấu trúc mạch vòng nhằm tăng độ tin cậy, nhưng lại vận hành theo hình tia để hạn chế dòng ngắn mạch và giảm chi phí đầu tư thiết bị. Điều này tạo ra một số hạn chế trong việc vận hành và khôi phục cung cấp điện khi xảy ra sự cố.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào việc tái cấu hình khôi phục cung cấp điện cho lưới điện phân phối nhằm giảm thiểu quá tải, tổn thất công suất và thời gian mất điện cho khách hàng. Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng một phương pháp heuristic dựa trên giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO) kết hợp với phương pháp tính phân bố công suất Backward/Forward (BW/FW) để tìm ra vị trí khóa điện tối ưu khi có sự cố hoặc quá tải xảy ra. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện phân phối vận hành hình tia, không xét đến các máy phát điện phân tán, với các mô hình kiểm chứng trên lưới điện mẫu IEEE 33 nút và lưới điện thực tế tại trạm Lê Minh Xuân, TP. Hồ Chí Minh.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành lưới điện phân phối, giảm thiểu tổn thất điện năng và chi phí vận hành, đồng thời góp phần đảm bảo cung cấp điện ổn định cho khách hàng trong điều kiện tải tăng cao và sự cố bất ngờ.

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:

• Lưới điện phân phối (LĐPP): Là hệ thống chuyển tải điện năng từ các trạm biến áp trung gian đến khách hàng cuối cùng. LĐPP được thiết kế theo cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hình tia nhằm giảm dòng ngắn mạch và chi phí thiết bị, đồng thời đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.

• Tái cấu hình lưới điện: Quá trình thay đổi trạng thái đóng/mở các khóa điện trên lưới nhằm khôi phục cung cấp điện sau sự cố hoặc giảm quá tải, đồng thời tối ưu hóa tổn thất công suất và cân bằng tải.

• Giải thuật tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization - PSO): Thuật toán tối ưu hóa dựa trên mô phỏng hành vi tìm kiếm thức ăn của đàn chim, trong đó các cá thể (giải pháp) cập nhật vị trí và vận tốc dựa trên kinh nghiệm cá nhân và thông tin toàn quần thể để tìm ra giải pháp tối ưu. PSO có ưu điểm là giảm số lượng tham số điều chỉnh, hội tụ nhanh và dễ áp dụng cho các bài toán tối ưu phức tạp.

• Phương pháp tính phân bố công suất Backward/Forward (BW/FW): Phương pháp tính toán dòng điện, điện áp và tổn thất công suất trên lưới điện phân phối hình tia, giúp xác định chính xác các thông số vận hành của lưới trong từng cấu hình cụ thể.

Các khái niệm chính bao gồm: quá tải đường dây, tổn thất công suất, trạng thái khóa điện, hàm mục tiêu chống quá tải, và cấu hình vận hành lưới điện.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm:

• Mô hình lưới điện phân phối chuẩn IEEE 33 nút.
• Lưới điện thực tế tại trạm Lê Minh Xuân, huyện Bình Chánh, TP. Hồ Chí Minh.
• Thông số kỹ thuật đường dây, phụ tải, và trạng thái vận hành thu thập từ hệ thống SCADA và các báo cáo vận hành.

Phương pháp phân tích:

• Xây dựng hàm mục tiêu chống quá tải dựa trên tổn thất công suất và dòng điện trên các nhánh.
• Áp dụng giải thuật PSO để tìm tổ hợp trạng thái đóng/mở các khóa điện tối ưu, giảm thiểu tổn thất và tránh quá tải.
• Sử dụng phương pháp BW/FW để tính toán phân bố công suất, điện áp và tổn thất trong từng cấu hình lưới.
• Mô phỏng và kiểm chứng kết quả trên phần mềm Matlab và PSS – ADEPT.

Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn: thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phát triển giải thuật, mô phỏng và đánh giá kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ các trạng thái khóa điện trên lưới 33 nút và lưới thực tế, với phương pháp chọn mẫu là toàn bộ các tổ hợp khả thi trong phạm vi tính toán của PSO nhằm đảm bảo tính toàn diện và chính xác.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm tổn thất công suất đáng kể sau tái cấu hình: Kết quả mô phỏng trên lưới IEEE 33 nút cho thấy, sau khi áp dụng giải thuật PSO kết hợp BW/FW, tổng tổn thất công suất giảm từ khoảng 42,034 kW xuống còn mức thấp hơn đáng kể, với tỷ lệ giảm tổn thất đạt trên 10% so với cấu hình vận hành ban đầu.

2. Giảm quá tải đường dây hiệu quả: Trong trường hợp tăng tải đột biến, các nhánh dây bị quá tải được xác định rõ ràng. Giải thuật đề xuất đã tìm ra vị trí khóa điện mở/đóng tối ưu giúp giảm dòng điện trên các nhánh quá tải xuống dưới giới hạn cho phép, đảm bảo an toàn vận hành.

3. Tối ưu số lần chuyển trạng thái khóa điện: Giải thuật PSO cho phép tìm ra cấu hình tái cấu hình với số lần thao tác đóng/mở khóa điện ít nhất, giúp giảm thời gian mất điện cho khách hàng và chi phí vận hành.

4. Khả năng áp dụng trên lưới điện thực tế: Kiểm chứng trên lưới điện trạm Lê Minh Xuân cho thấy giải thuật vẫn giữ được hiệu quả tương tự, với tổn thất công suất giảm và quá tải được khống chế, chứng tỏ tính khả thi và ứng dụng thực tiễn của phương pháp.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả trên xuất phát từ việc giải thuật PSO khai thác hiệu quả thông tin từ quần thể các giải pháp, đồng thời hàm mục tiêu được xây dựng chặt chẽ dựa trên tổn thất công suất và dòng điện quá tải. Việc kết hợp phương pháp BW/FW giúp tính toán nhanh chóng và chính xác các thông số vận hành trong từng cấu hình, từ đó hỗ trợ PSO tìm kiếm giải pháp tối ưu.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, phương pháp này có ưu điểm là giảm số vòng lặp cần thiết để hội tụ, đồng thời giảm thiểu tổn thất và quá tải hiệu quả hơn các giải thuật heuristic thuần túy hoặc các thuật toán metaheuristic khác như giải thuật di truyền. Kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tổn thất công suất trước và sau tái cấu hình, cũng như bảng số liệu dòng điện trên các nhánh dây chính.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp một công cụ hỗ trợ quyết định nhanh chóng và chính xác cho các điều độ viên trong việc tái cấu hình lưới điện phân phối, góp phần nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành hệ thống điện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống tự động tái cấu hình lưới điện phân phối: Áp dụng giải thuật PSO kết hợp BW/FW vào hệ thống SCADA để tự động phát hiện quá tải và đề xuất cấu hình tối ưu trong thời gian thực, nhằm giảm thời gian mất điện và tổn thất. Chủ thể thực hiện: các công ty điện lực; Thời gian: 1-2 năm.

2. Nâng cấp và bổ sung khóa điện tại các vị trí chiến lược: Lắp đặt thêm các thiết bị đóng cắt (Recloser, LBS, DS) tại các điểm có khả năng gây quá tải cao để tăng khả năng tái cấu hình linh hoạt. Chủ thể thực hiện: ban quản lý lưới điện; Thời gian: 2-3 năm.

3. Đào tạo nhân lực vận hành và điều độ viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về giải thuật tối ưu và vận hành lưới điện phân phối hiện đại, giúp nâng cao năng lực xử lý sự cố và tái cấu hình nhanh chóng. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, công ty điện lực; Thời gian: liên tục.

4. Nghiên cứu mở rộng áp dụng cho lưới điện có máy phát điện phân tán: Phát triển và điều chỉnh giải thuật để phù hợp với các hệ thống lưới điện phân phối có tích hợp nguồn tái tạo, nhằm đảm bảo tính ổn định và tối ưu trong điều kiện phức tạp hơn. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu, trường đại học; Thời gian: 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và điều độ viên ngành điện lực: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và công cụ hỗ trợ trong việc vận hành, tái cấu hình và khôi phục cung cấp điện nhanh chóng, giảm thiểu tổn thất và quá tải.

2. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Luận văn trình bày chi tiết về giải thuật PSO và phương pháp BW/FW, là tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu liên quan đến tối ưu hóa lưới điện phân phối.

3. Các công ty cung cấp giải pháp công nghệ cho ngành điện: Tham khảo để phát triển các phần mềm, hệ thống tự động hóa vận hành lưới điện phân phối dựa trên các thuật toán tối ưu hiện đại.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Hiểu rõ hơn về các giải pháp kỹ thuật giúp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện, từ đó xây dựng các chính sách hỗ trợ đầu tư và phát triển hạ tầng điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao lưới điện phân phối vận hành theo hình tia dù được thiết kế mạch vòng?
   Vận hành hình tia giúp giảm dòng ngắn mạch, giảm chi phí đầu tư thiết bị bảo vệ và dễ dàng phối hợp bảo vệ. Khi có sự cố, chỉ nhánh bị ảnh hưởng mất điện, các nhánh khác vẫn hoạt động bình thường.

2. Giải thuật PSO có ưu điểm gì so với các thuật toán tối ưu khác?
   PSO có cấu trúc đơn giản, ít tham số điều chỉnh, hội tụ nhanh và khả năng tránh cực trị địa phương tốt nhờ sự trao đổi thông tin giữa các cá thể trong quần thể.

3. Phương pháp BW/FW giúp gì trong tính toán lưới điện?
   BW/FW cho phép tính nhanh và chính xác dòng điện, điện áp và tổn thất công suất trên lưới điện phân phối hình tia, hỗ trợ đánh giá hiệu quả các cấu hình vận hành khác nhau.

4. Làm thế nào để đảm bảo số lần thao tác đóng/mở khóa điện là ít nhất?
   Giải thuật PSO được thiết kế để tìm kiếm cấu hình tối ưu với hàm mục tiêu bao gồm cả số lần chuyển trạng thái khóa điện, giúp giảm thiểu thao tác và thời gian mất điện.

5. Giải pháp này có thể áp dụng cho lưới điện có nguồn tái tạo phân tán không?
   Hiện tại nghiên cứu tập trung trên lưới không có máy phát phân tán. Tuy nhiên, phương pháp có thể được mở rộng và điều chỉnh để phù hợp với lưới điện tích hợp nguồn tái tạo trong tương lai.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối dựa trên giải thuật PSO kết hợp phương pháp BW/FW, giúp giảm tổn thất công suất và khống chế quá tải hiệu quả.
• Giải thuật được kiểm chứng trên mô hình IEEE 33 nút và lưới điện thực tế trạm Lê Minh Xuân, cho thấy tính khả thi và ứng dụng thực tiễn cao.
• Phương pháp giúp giảm số lần thao tác đóng/mở khóa điện, từ đó giảm thời gian mất điện và chi phí vận hành.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành lưới điện phân phối trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm triển khai tự động hóa tái cấu hình, nâng cấp thiết bị và mở rộng nghiên cứu cho lưới điện tích hợp nguồn tái tạo.

Hành động tiếp theo là áp dụng giải thuật vào hệ thống SCADA thực tế và đào tạo nhân lực vận hành để nâng cao hiệu quả quản lý lưới điện phân phối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Điện năng là hàng hóa đặc biệt, có ảnh hưởng rất lớn trong nền kinh tế và xã hội. Thật vậy, điện năng là yếu tố đầu vào của hầu hết các ngành sản xuất nên sự thay đổi về giá của nó sẽ ảnh hưởng đến giá của phần lớn các loại hàng hóa khác và qua đó tác động quan trọng đối với nền kinh tế. Phần lớn các máy móc, thiết bị hiện nay đều sử dụng điện năng để hoạt động nên không có điện năng sẽ không thể thực hiện được công nghiệp hóa, hiện đại hóa và không phát triển được nền kinh tế. Đối với xã hội, Điện năng ngày càng gần gũi hơn trong các hoạt động của con người.

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng điện của con người càng cao và điện năng ngày càng sử dụng nhiều hơn trong xã hội văn minh hiện đại. Đối với nước ta đang trong giai đoạn phát triển thì yêu cầu về việc đảm bảo cung cấp điện liên tục, ổn định là một vấn đề phải được ưu tiên hàng đầu đối với ngành điện. Do tốc độ phát triển của xã hội ngày càng nhanh, từ đó nhu cầu sử dụng điện đồng thời tăng theo. Để đáp ứng kịp thời sự tăng trưởng đó, ngành điện phải đầu tư và nâng cấp kịp thời hệ thống điện đang hiện hữu.

Việc gián đoạn cung cấp điện là không ai mong muốn nhưng trên thực tế sự gián đoạn cung cấp điện luôn xảy ra thường xuyên bởi nhiều tác nhân khác nhau, có cả nguyên nhân khách quan và nguyên nhân chủ quan. - Nguyên nhân chủ quan như: cắt điện nhằm mục đích bảo trì, nâng cấp, đấu nối đường dây xây dựng mới; Việc bảo trì đối với các hệ thống điện, đặc biệt là các hệ thống lớn chưa được thực hiện triệt để, chưa phát hiện kịp thời những nguy hại, nguy cơ gây sự cố cao dẫn đến hư hỏng các đường dây, thiết bị trên; Việc tăng nhanh nhu cầu sử dụng điện nhưng công tác nâng cấp, cải tạo hoặc xây dựng mới các đường dây và trạm biến áp không kịp tiến độ dẫn đến 1 Luan van quá tải cho hệ thống; do con người vận hành bất cẩn hoặc thực hiện sai quy trình trong quá trình thao tác trên hệ thống điện dẫn đến sự cố, tai nạn về điện… - Nguyên nhân khách quan như: khí hậu, thiên tai, sét; thiếu vốn để đầu tư; nhân lực quản lý vận hành thiếu; hành lang an toàn bị xâm phạm; tai nạn giao thông… Hiện nay, nhu cầu sử dụng tải ngày một tăng phục vụ cho sinh hoạt hằng ngày cũng như trong sản xuất. Việc phát triển vượt bậc trong nhu cầu sử dụng điện là tín hiệu tốt cho sự tăng trưởng của xã hội. Bên cạnh đó cũng có những vấn đề phát sinh.

Khi tăng tải nhưng không có những giải pháp cải tiến, nâng cấp lưới điện hiện hữu thì sẽ sớm xuất hiện các sự cố và đặc biệt là do quá tải gây ra. Cũng có những trường hợp, trên lưới hiện hữu gặp sự cố bắt buộc phải chuyển tải, thì những tuyến dây đang vận hành ở chế độ bình thường có thể sẽ phải chịu quá tải trong thời gian dài để khắc phục sự cố trên lưới điện. Quá trình này được thực hiện bằng việc thao tác đóng/mở các khóa điện, đặc biệt là khóa liên kết mạch vòng, các nguồn, đây là trường hợp đặc biệt của việc tái cấu hình lưới điện. Do việc thao tác đóng/mở các khóa điện với nhiều mục tiêu nên quá trình này phức tạp cần phải có các giải thuật tối ưu để hỗ trợ.

Như vậy, việc tái cấu hình lưới là cần thiết để lưới điện vận hành an toàn, hiệu quả. Tính cần thiết của đề tài Khi vận hành lâu dài ở chế độ quá tải, đường dây có khả năng chịu đựng được nhưng sẽ phát nhiệt, đặc biệt là các mối nối của đường dây. Dẫn đến khả năng xuất hiện sự cố tăng lên. Để tránh tình trạng đó xảy ra, tái cấu hình lưới là giải pháp tiết kiệm được chi phí.

Tuy nhiên phải đáp ứng những yêu cầu như thời gian chuyển mạch, số lượng khách hàng không bị mất điện ít nhất, không bị quá tải đường dây và tổn thất công suất thấp. Lưới điện phân phối (LĐPP) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ. Mặc dù lưới điện được thiết kế theo kiểu mạch vòng nhằm tăng độ tin cậy cung cấp điện 2 Luan van nhưng vì lý do kỹ thuật (hạn chế dòng ngắn mạch, giảm chi phí đầu tư vào thiết bị lưới điện,…) hệ thống luôn được vận hành theo kiểu hình tia (hở). Do đó, nghiên cứu các biện pháp thay đổi cấu hình tối ưu cho hệ thống điện nói chung mạng lưới phân phối nói riêng là vấn đề rất cần thiết và hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế.

Trong những năm gần đây, có rất nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề khôi phục cung cấp điện cho LĐPP nói riêng, cũng như trong các chương trình nghiên cứu về hệ thống điện nói chung. Có rất nhiều công trình nghiên cứu được đăng tải lên các tạp chí uy tín, các bài báo đã khảo sát vấn đề này một cách cẩn thận và đánh giá toàn diện vấn đề khôi phục cung cấp điện [1…8]. Trong nhiều năm qua với sự phát triển mạnh mẽ của ngành hệ thống điện, các nhà nghiên cứu và các kỹ sư quan tâm chủ yếu đến hệ thống phát và truyền tải điện năng hơn LĐPP. Điều này là do sự phức tạp của LĐPP như quá nhiều phụ tải, nhiều khóa điện.

Ngoài ra, do LĐPP có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hình tia để giảm dòng ngắn mạch mà vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng ở mức độ nhất định, nên không thể áp dụng các biện phát khôi phục cung cấp điện cho phụ tải bằng các giải thuật trên lưới truyền tải mà phải có giải thuật chuyển tải qua tuyến dây khác. Vì vậy, giải thuật tái cấu hình cho LĐPP khá phức tạp, đòi hỏi số lần chuyển trạng thái các khóa điện là ít nhất nhằm đảm bảo thời gian ngừng cung cấp điện, đồng thời vẫn phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật như chống quá tải đường dây. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin, nhiều công nghệ mới hiện đại được ứng dụng vào trong lưới điện với chi phí hợp lý, điển hình như hệ thống SCADA thì nhu cầu khôi phục cung cấp điện nhanh chóng càng quan trọng hơn. Có nhiều phương pháp để khôi phục cung cấp điện trên LĐPP như các giải thuật thuần Heuristic được trình bày trong các nghiên cứu [1, 4, 8,], hay sử 3 Luan van dụng cơ sở tri thức [2, 3, 5].

Các mạng nơron hay các thuật toán meta heuristic như giải thuật di truyền cũng như lý thuyết mờ cũng được áp dụng để giải bài toán này [8]. Trong chuyên đề này sẽ trình bày một giải thuật heuristic với hàm chống quá tải trên các nhánh cũng như tổn thất công suất là bé nhất. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của đề tài là tập trung xây dựng phương pháp heuristic để khi có sự cố xảy ra, quá tải đường dây, chuyển đổi trạng thái khóa điện nhưng phải đảm bảo không quá tải cho lưới và tổn hao công suất bé. Việc chuyển đổi khóa đồng thời phải đáp ứng thời gian là nhanh nhất để tái cấp điện cho khách hàng.

Nhiệm vụ của đề tài: - Xây dựng giải thuật: dựa trên hàm mục tiêu chống quá tải, từ đó tìm ra vị trí khóa điện đóng/mở sao cho tối ưu. - Kiểm chứng khả năng của giải thuật trên các LĐPP mẫu 33 nút của IEEE và lưới điện thực tế nhằm chứng tỏ khả năng của giải thuật thông qua phần mềm PSS – ADEPT và Matlab. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu bài toán tái cấu hình trên LĐPP có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hình tia để có khả năng chuyển tải khi có quá tải trên các nhánh dây, không xét đến các máy phát điện phân tán. Nghiên cứu sử dụng giải thuật PSO kết hợp phương pháp tính tổn thất công suất BW/FW để tìm vị trí khóa điện tối ưu cho lưới điện 1.

Đối tượng nghiên cứu Vị trí khóa điện tối ưu trên lưới điện phân phối mạch vòng vận hành hở. Áp dụng phương pháp PSO để giải bài toán tìm vị trí tối ưu của các khóa điện trên lưới điện chuẩn IEEE 33 nút và lưới thực tế. Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng và kiểm tra kết quả. 4 Luan van CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.

Lưới điện phân phối 2. Đặc điểm của lưới điện phân phối Lưới điện phân phối (LĐPP) là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp đến khách hàng từ các trạm biến áp trung gian thường là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV. Do đặc điểm kỹ thuật và yêu cầu cấp điện nên LĐPP luôn luôn được vận hành ở trạng thái mạch vòng hở (hình tia) còn các đường dây phân phối luôn được vận hành hở trong mọi trường hợp. Nhờ cấu trúc vận hành hở nên rơ le bảo vệ chủ yếu sử dụng loại rơle quá dòng.

Trên mỗi phát tuyến của lưới điện phân phối ngoài các thiết bị đóng cắt đầu phát tuyến thì người ta còn đặt nhiều thiết bị đóng cắt để phân đoạn trên trục chính hoặc nhánh rẽ. Giữa các phát tuyến với nhau trên mạch vòng người ta cũng đặt các thiết bị đóng cắt vận hành ở vị trí thường mở, gọi là các thiết bị liên lạc. Việc thay đổi cấu hình lưới được thực hiện thông qua việc đóng ngắt các thiết bị liên kết nằm trên các mạch vòng qua đó lưới điện đã được tái cấu trúc. LĐPP có nhiều loại phụ tải khác nhau (sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp.) và các phụ tải này phân bố không đồng đều giữa các tuyến đường dây.

Mỗi loại tải lại thay đổi công suất liên tục theo nhu cầu sử dụng. Vì vậy, đồ thị phụ tải của chúng trên các tuyến đường dây không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ giữa các tuyến. Điều này gây ra quá tải đường dây ở vị trí này, non tải ở vị trí khác ở cùng một thời điểm…dẫn đến tổn thất trên lưới điện phân phối tăng, lưới điện vận hành không kinh tế và làm giảm độ tin cậy cung cấp điện, có nhiều khả năng xảy ra sự cố làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện. Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, các điều độ viên sẽ thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên lưới.