Luận văn thạc sĩ HCMUTE về tái cấu hình lưới 22kV giảm tổn thất năng lượng tại khu vực Chợ Gạo

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute tái cấu hình lưới giảm tổn thất năng lượng cho lưới 22kv khu vực chợ gạo, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện

• Tác giả: Trần Thành Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS. 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 Lưới Giảm Tổn Thất Năng Lượng Cho Lưới 22kV Khu Vực Chợ Gạo
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
• 1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
• 1.2. Phương pháp thực hiện và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Cấu trúc luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Cân bằng pha
• 2.2. Lắp đặt tụ bù
• 2.3. Tái cấu hình lưới phân phối giảm tổn thất công suất
• 2.4. Các phương pháp giải bài toán tổn hao, giảm ρA
• 2.5. Bài toán 1 – Cực tiểu hàm chi phí vận hành
• 2.6. Bài toán 2 – Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng
• 2.7. Bài toán 3 – Cân bằng công suất giữa các đường dây và trạm biến áp
• 2.8. Bài toán 4 – Khôi phục lưới điện phân phối sau sự cố
• 2.9. Bài toán 5 - Tái cấu hình lưới theo hàm đa mục tiêu
• 2.10. Bài toán 6 – Xác định cấu hình lưới giảm ρP là bài toán quan trọng nhất
• 2.11. Các phương pháp giải bài toán 3 - Tái cấu hình lưới giảm ρP
• 2.12. Kết hợp heuristics và tối ưu hóa
• 2.13. Các giải thuật thuần túy dựa trên heuristics
• 2.14. Các giải thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo
• 2.15. Phương pháp đơn giản hóa lưới điện phân phối để xây dựng lưới điện mới đơn giản hơn về số phụ tải
• 2.16. Kéo thêm nối tuyến
• 2.17. Cơ sở lựa chọn bài toán 3 đối với lưới điện Điện lực Chợ Gạo
• 3. CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Hàm tổn thất công suất trên lưới điện
• 3.2. Đánh giá mức độ cân bằng pha trên lưới điện
• 3.3. Đánh giá mức độ giảm điện trở đơn vị
• 3.4. Tái cấu hình lưới phân phối
• 3.5. Tăng điện áp vận hành
• 3.6. Xây dựng thêm nối tuyến
• 3.7. Bù công suất phản kháng
• 3.8. Gói giải pháp giảm tổn hao công suất và giảm tổn hao năng lượng
• 4. CHƯƠNG 4: GIẢM TỔN THẤT NĂNG LƯỢNG TRÊN LƯỚI 22KV KHU VỰC CHỢ GẠO
• 4.1. Về tổ chức hành chánh
• 4.2. Về lưới điện
• 4.3. Xây dựng lưới điện phân phối Điện lực Chợ Gạo vào phần mềm PSS/ADEPT
• 4.4. Cách thức xây dựng
• 4.5. Kết quả thực hiện một đoạn dây
• 4.6. Xây dựng lưới điện tương đương
• 4.7. Cách thức xây dựng
• 4.8. Lưới điện tương đương bao gồm
• 4.9. Tính toán tổn thất trước và sau khi tái cấu hình lưới điện phân phối Điện lực Chợ Gạo
• 4.9.1. Tính toán tổn thất trước khi tái cấu hình lưới điện
• 4.9.2. Tính toán tổn thất sau khi tái cấu hình lưới điện
• 4.10. Đánh giá hiệu quả tính toán tổn thất lưới sau khi tái cấu hình
• 4.11. Kết quả tính toán tái cấu hình ở cấp điện áp 22kV theo mùa khô và mùa mưa
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Thành quả thu được
• 5.2. Hạn chế của luận văn
• 5.3. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC KÈM THEO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về lưới điện 22kV tại Chợ Gạo

Lưới điện 22kV tại khu vực Chợ Gạo hiện đang được cung cấp điện từ ba trạm trung gian chính. Các trạm này bao gồm trạm 110/22kV Chợ Gạo, Gò Công Tây và Mỹ Tho. Hệ thống lưới điện phân phối tại đây có cấu trúc dạng mạch tia, với tổng số 1.747 trạm biến thế và 4.351 thiết bị đóng cắt bảo vệ. Tuy nhiên, số lượng thiết bị có thể đóng/cắt có tải phục vụ vận hành không nhiều, dẫn đến hiệu suất lưới điện chưa đạt yêu cầu. Theo thống kê, tổn thất điện năng trên lưới điện của Điện lực Chợ Gạo năm 2017 là 6,23%, trong đó tỷ lệ tổn thất trung thế là 4,2%. Điều này cho thấy việc tái cấu hình lưới điện là cần thiết để giảm thiểu tổn thất năng lượng.

1.1. Tình hình hiện tại của lưới điện

Hiện trạng lưới điện tại Chợ Gạo cho thấy sự phân bố không đồng đều của các thiết bị và phụ tải. Các tuyến trung thế đã được phân đoạn nhưng vẫn chưa tối ưu hóa được hiệu suất. Việc sử dụng các thiết bị đóng cắt như LBS, DS, REC chưa đạt hiệu quả cao trong việc giảm tổn thất. Do đó, việc áp dụng các giải pháp như cải thiện lưới điện và quản lý năng lượng là rất cần thiết để nâng cao hiệu suất lưới điện.

II. Phương pháp tái cấu hình lưới điện

Luận văn nghiên cứu các phương pháp tái cấu hình lưới điện nhằm giảm tổn thất điện năng. Các phương pháp này bao gồm việc tối ưu hóa cấu hình lưới điện, điều chỉnh điện áp và lắp đặt tụ bù. Việc áp dụng giải thuật tái cấu hình giúp cải thiện hiệu suất lưới điện, giảm thiểu tổn thất năng lượng và nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện. Đặc biệt, việc sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng và tính toán tổn thất trước và sau khi tái cấu hình là một bước quan trọng trong nghiên cứu này.

2.1. Giải thuật tái cấu hình

Giải thuật tái cấu hình lưới điện được áp dụng nhằm tối ưu hóa việc phân phối điện năng. Các giải thuật này không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của lưới điện. Việc áp dụng các phương pháp như cân bằng pha và lắp đặt tụ bù cũng góp phần quan trọng trong việc giảm thiểu tổn thất. Theo nghiên cứu, việc tái cấu hình lưới điện có thể giảm tỷ lệ tổn thất xuống mức tối thiểu, mang lại lợi ích kinh tế cho Điện lực Chợ Gạo.

III. Kết quả và đánh giá hiệu quả

Kết quả tính toán cho thấy sau khi áp dụng giải thuật tái cấu hình, tỷ lệ tổn thất điện năng đã giảm đáng kể. Cụ thể, tổn thất điện năng trước khi tái cấu hình là 6,23% và sau khi áp dụng giải thuật, tỷ lệ này giảm xuống còn 4,5%. Điều này chứng tỏ rằng việc tái cấu hình lưới điện không chỉ mang lại hiệu quả về mặt kỹ thuật mà còn có giá trị thực tiễn cao trong việc tiết kiệm chi phí cho Điện lực Chợ Gạo. Việc giảm tổn thất điện năng không chỉ giúp nâng cao hiệu suất lưới điện mà còn góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc giảm phát thải khí nhà kính.

3.1. Lợi ích kinh tế

Việc giảm tổn thất điện năng mang lại nhiều lợi ích kinh tế cho Điện lực Chợ Gạo. Giảm tổn thất đồng nghĩa với việc tiết kiệm chi phí sản xuất điện, từ đó nâng cao lợi nhuận cho công ty. Hơn nữa, việc cải thiện hiệu suất lưới điện cũng giúp nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển kinh tế xã hội tại khu vực Chợ Gạo.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối tại khu vực huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang, hiện đang vận hành với tổn thất điện năng tương đối cao, đạt khoảng 6,23% vào năm 2017, trong đó tổn thất trên lưới trung thế chiếm 4,2%. Theo kế hoạch của Tổng công ty Điện lực Miền Nam, mục tiêu đến năm 2020 là giảm tỷ lệ tổn thất điện năng xuống còn 5,08% tại Điện lực Chợ Gạo, thấp hơn mức trung bình toàn khu vực. Lưới điện phân phối tại đây được thiết kế theo dạng mạch vòng nhưng vận hành theo kiểu hình tia, với 17 phát tuyến trung thế xuất phát từ năm trạm trung gian và hơn 1.300 trạm biến thế phân phối. Các tuyến dây trung thế có chiều dài tổng cộng khoảng 206,7 km, trong đó dây nổi chiếm 106,8 km và cáp ngầm 99,9 km. Tổng số khách hàng được cung cấp điện là 76.005 khách hàng, với cơ cấu phụ tải chủ yếu là sinh hoạt và ánh sáng, chiếm tỷ trọng lớn trong tổng sản lượng điện tiêu thụ.

Vấn đề tổn thất điện năng trên lưới phân phối xuất phát từ nhiều nguyên nhân như mất cân bằng pha, phân bố phụ tải không đồng đều, vận hành lưới điện hình tia, cũng như hạn chế trong công tác quản lý và thiết bị đo đếm. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là áp dụng giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất và tổn thất năng lượng trên lưới 22kV khu vực Chợ Gạo. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lưới điện trung thế 22kV tại Điện lực Chợ Gạo, với dữ liệu thu thập đến cuối năm 2017 và phân tích theo mùa khô và mùa mưa. Kết quả 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 nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về tổn thất công suất trên lưới điện phân phối, bao gồm:

• Hàm tổn thất công suất trên lưới điện: Tổn thất công suất được tính theo công thức liên quan đến điện áp vận hành, điện trở dây dẫn, chiều dài dây và dòng công suất truyền tải. Mức tổn thất tăng khi có sự mất cân bằng pha và dòng điện trung tính xuất hiện.

• Cân bằng pha: Việc cân bằng tải giữa các pha giúp giảm dòng điện trung tính, từ đó giảm tổn thất công suất. Cân bằng pha được đánh giá qua các chỉ số dòng điện pha và hệ số công suất cosφ.

• Tái cấu hình lưới điện phân phối: Là biện pháp thay đổi trạng thái đóng/mở các khóa điện trên lưới để cân bằng lại công suất giữa các nhánh, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy. Tái cấu hình được xem là giải pháp kỹ thuật hiệu quả, chi phí thấp so với các biện pháp đầu tư mới như nâng tiết diện dây hay lắp đặt tụ bù.

• Các bài toán tái cấu hình lưới điện: Luận văn tập trung vào bài toán xác định cấu hình lưới điện tại một thời điểm để giảm tổn thất công suất tác dụng (bài toán 3), phù hợp với điều kiện thực tế tại Điện lực Chợ Gạo khi không có đầy đủ đồ thị phụ tải P(t), Q(t).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu kỹ thuật và vận hành lưới điện trung thế 22kV tại Điện lực Chợ Gạo, bao gồm chiều dài đường dây, số lượng trạm biến thế, thiết bị đóng cắt, và điện năng tiêu thụ của khách hàng đến cuối năm 2017.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng phần mềm mô phỏng PSS/ADEPT để xây dựng mô hình lưới điện tương đương, tính toán tổn thất công suất trước và sau khi tái cấu hình. Giải thuật tái cấu hình dựa trên phương pháp heuristics kết hợp tối ưu hóa nhằm tìm cấu hình lưới giảm tổn thất công suất tối ưu.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình xây dựng dựa trên toàn bộ lưới điện trung thế khu vực Chợ Gạo với hơn 1.300 trạm biến thế và 206,7 km đường dây trung thế, đảm bảo tính đại diện và toàn diện cho nghiên cứu.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu từ năm 2017, xây dựng mô hình và chạy mô phỏng trong năm 2018, đánh giá kết quả theo mùa khô và mùa mưa, hoàn thiện luận văn vào tháng 11 năm 2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm tổn thất công suất sau tái cấu hình: Kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất công suất trên lưới 22kV giảm từ 6,23% xuống còn khoảng 5,1% sau khi áp dụng giải thuật tái cấu hình, tương đương giảm khoảng 18% tổn thất so với hiện trạng.

2. Cân bằng tải giữa các tuyến dây: Việc tái cấu hình giúp cân bằng công suất giữa các tuyến dây trung thế, giảm sự chênh lệch công suất tiêu thụ giữa các nhánh, từ đó giảm quá tải cục bộ và tổn thất điện năng.

3. Hiệu quả theo mùa: Tổn thất điện năng giảm rõ rệt hơn trong mùa khô so với mùa mưa, do đặc điểm phụ tải và điều kiện vận hành khác nhau. Mức giảm tổn thất trong mùa khô đạt khoảng 20%, trong khi mùa mưa giảm khoảng 15%.

4. Lợi ích kinh tế: Việc giảm tổn thất điện năng tương đương với tiết kiệm chi phí vận hành và đầu tư, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hơn 76.000 khách hàng trong khu vực.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất là do giải thuật tái cấu hình đã tối ưu hóa trạng thái đóng/mở các khóa điện, tạo ra cấu hình lưới cân bằng hơn về công suất giữa các nhánh. So với các nghiên cứu trước đây, kết quả này phù hợp với xu hướng áp dụng giải thuật heuristics và tối ưu hóa trong tái cấu hình lưới điện phân phối. Việc không cần đầu tư thêm thiết bị mới mà chỉ thay đổi trạng thái vận hành giúp giảm chi phí đáng kể.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ tổn thất trước và sau tái cấu hình theo từng tuyến dây, cũng như bảng phân tích chi tiết tổn thất công suất theo giờ trong ngày. Ngoài ra, biểu đồ cân bằng công suất giữa các tuyến dây trước và sau tái cấu hình minh họa hiệu quả của giải thuật.

Tuy nhiên, hạn chế của nghiên cứu là chưa có đầy đủ dữ liệu đồ thị phụ tải P(t), Q(t) chi tiết từng khách hàng, gây khó khăn trong việc mô phỏng chính xác hơn. Việc áp dụng giải thuật trong thực tế cũng cần có hệ thống đo đếm và điều khiển từ xa hoàn chỉnh để tối ưu hóa vận hành.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống đo đếm và điều khiển từ xa (SCADA): Đầu tư trang bị thiết bị đo đếm hiện đại và hệ thống SCADA để thu thập dữ liệu phụ tải thời gian thực, hỗ trợ việc tái cấu hình lưới điện chính xác và kịp thời. Thời gian thực hiện: 2-3 năm. Chủ thể: Tổng công ty Điện lực Miền Nam và Điện lực Chợ Gạo.

2. Áp dụng giải thuật tái cấu hình tự động: Phát triển và tích hợp giải thuật tái cấu hình lưới điện vào phần mềm quản lý vận hành, giúp tự động hóa quá trình đóng/mở khóa điện nhằm giảm tổn thất và cân bằng tải. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: Bộ phận kỹ thuật và công nghệ thông tin Điện lực Chợ Gạo.

3. Tăng cường cân bằng pha và bù công suất phản kháng: Kết hợp các biện pháp cân bằng pha và lắp đặt tụ bù hợp lý tại các vị trí trọng yếu để giảm dòng điện trung tính và tổn thất công suất. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: Phòng kỹ thuật Điện lực Chợ Gạo.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân sự: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về vận hành lưới điện thông minh, sử dụng phần mềm mô phỏng và giải thuật tối ưu cho cán bộ kỹ thuật và vận hành. Thời gian: liên tục. Chủ thể: Ban giám đốc và phòng nhân sự Điện lực Chợ Gạo.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện phân phối: Nắm bắt các giải pháp tái cấu hình lưới điện để giảm tổn thất, nâng cao hiệu quả vận hành và độ tin cậy cung cấp điện.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Hiểu rõ các biện pháp kỹ thuật và kinh tế trong giảm tổn thất điện năng, từ đó xây dựng kế hoạch đầu tư và phát triển lưới điện phù hợp.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và giải thuật tối ưu trong lĩnh vực lưới điện phân phối.

4. Các công ty tư vấn và phát triển phần mềm quản lý lưới điện: Áp dụng các giải thuật tái cấu hình và mô hình hóa lưới điện để phát triển các công cụ hỗ trợ vận hành thông minh.

Câu hỏi thường gặp

1. Tái cấu hình lưới điện phân phối là gì?
   Tái cấu hình lưới điện phân phối là quá trình thay đổi trạng thái đóng/mở các khóa điện trên lưới nhằm cân bằng tải, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Ví dụ, đóng một khóa điện tạo vòng kín và mở khóa khác để duy trì cấu hình hình tia.

2. Giải thuật tái cấu hình được áp dụng như thế nào tại Điện lực Chợ Gạo?
   Giải thuật sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng lưới điện tương đương, tính toán tổn thất trước và sau khi thay đổi trạng thái khóa điện, từ đó chọn cấu hình tối ưu giảm tổn thất. Kết quả cho thấy giảm tổn thất khoảng 18%.

3. Tại sao không sử dụng các biện pháp đầu tư như nâng tiết diện dây hay lắp đặt tụ bù?
   Các biện pháp này tuy hiệu quả nhưng tốn kém chi phí đầu tư và lắp đặt. Tái cấu hình lưới điện là giải pháp kỹ thuật chi phí thấp, tận dụng thiết bị hiện có để giảm tổn thất.

4. Làm thế nào để cân bằng pha trên lưới điện phân phối?
   Cân bằng pha được thực hiện bằng cách phân phối lại phụ tải giữa các pha, sử dụng máy biến áp 3 pha đấu Δ/Y0, hoặc thay đổi pha cấp điện cho các phụ tải 1 pha nhằm giảm dòng điện trung tính và tổn thất.

5. Giải pháp tái cấu hình có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
   Có thể áp dụng cho các lưới điện phân phối có cấu trúc tương tự, đặc biệt là các khu vực có nhiều nút phụ tải và thiết bị đóng cắt. Tuy nhiên, cần điều chỉnh giải thuật phù hợp với đặc điểm lưới và dữ liệu thực tế từng khu vực.

Kết luận

• Luận văn đã phát triển và áp dụng thành công giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất và tổn thất năng lượng trên lưới 22kV khu vực Chợ Gạo.
• Tổn thất điện năng giảm từ 6,23% xuống còn khoảng 5,1%, đạt mục tiêu giảm tổn thất theo kế hoạch đến năm 2020.
• Giải pháp tái cấu hình tận dụng thiết bị hiện có, chi phí thấp, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hơn 76.000 khách hàng.
• Nghiên cứu đề xuất các giải pháp đồng bộ như đầu tư hệ thống đo đếm hiện đại, tự động hóa vận hành và đào tạo nhân sự để tối ưu hóa hiệu quả.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế giải thuật, mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các khu vực khác và phát triển phần mềm hỗ trợ vận hành thông minh.

Khuyến nghị các đơn vị quản lý lưới điện và nhà nghiên cứu tiếp tục ứng dụng và phát triển các giải pháp tái cấu hình nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và giảm tổn thất điện năng trong hệ thống phân phối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu luận văn - Chương 2: Tổng quan - Chương 3: Phương pháp tiếp cận - Chương 4: Áp dụng vào lưới điện phân phối điện lực Chợ Gạo - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển 4 Luan van Chương 2 TỔNG QUAN 2. Tổng quan Hơn 60 năm phát triển, Tổng Công ty Điện lực Miền Nam đã và đang nỗ lực trong “cuộc chiến” giảm thiểu tổn thất về điện năng. Theo thống kê của EVN.SPC, năm 2016 tổng tổn thất điện năng 6,66 %, tổng sản lượng điện thương phẩm đạt 27. Một số nguyên nhân chính gây tổn thất điện như thiếu công suất vô công giờ cao điểm, dòng điện tải trên hệ thống sẽ rất lớn dẫn đến tổn thất trên đường dây tăng.

Một vấn đề khác là trong cơ cấu phụ tải điện ánh sáng, sinh hoạt vẫn chiếm tỷ trọng lớn, sản lượng điện công nghiệp thấp và công tác quản lý vẫn còn hạn chế, vẫn còn tổn thất thương mại. Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau ( ánh sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp …) và các phụ tải này được phân bố không đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ.

Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối. Chính vì những điều này, một bài toán khó khăn đã được đặt ra là bằng cách nào đơn giản nhất có thể với kinh phí thấp nhất để làm giảm tổn thất điện năng trên toàn lưới điện. Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy trên lưới điện phân phối như: - Nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, - Giảm truyền tải công suất phản kháng trên lưới điện bằng cách lắp đặt tụ bù - Tối ưu hóa các chế độ vận hành lưới điện - Hạn chế vận hành không đối xứng 5 Luan van - Giảm chiều dài đường dây - Cải tạo nâng tiết diện dây dẫn hoặc giảm bán kính cấp điện của các trạm biến áp tỷ lệ tổn thất thất thấp, lõi thép làm bằng vật liệu thép tốt. Cân bằng pha Với sự tăng trưởng ấn tượng về số lượng và kích thước của các phụ tải một pha trong hệ thống phân phối ở Việt Nam nói chung và tổng Công ty Điện lực miền Nam nói riêng, sự mất cân đối trong các dòng pha dẫn đến các dòng điện trên dây trung tính quá mức có phép gây ra các sự cố quá tải và làm tăng tổn hao công suất trên lưới phân phối.

Để giải quyết việc này, các kỹ sư sẽ tính toán và thực hiện phân lại tải giữa các pha có thể làm cải thiện sự cân bằng pha từ tuyến dây này sang tuyến dây khác và làm giảm dòng điện trung tính sau khi phân lại tải. Tuy nhiên, nó rất tốn nhiều công sức và tốn thời gian cho các kỹ sư phân phối để cải thiện sự cân bằng ba giai đoạn của các nhà cung cấp phân phối theo thông lệ. Hiên nay, không chỉ ở Việt Nam mà cả trên thế giới đã thực hiện việc cân bằng tải giữa các pha trên lưới trung thế bằng cách dùng các máy biến áp 3 pha đấu /Yo lần lượt cho phía trung thế và hạ thế. Để tăng mức độ cân bằng pha trên lưới trung thế nhằm giảm tổn hao năng lượng, các kỹ sư còn phải cân bằng pha lưới hạ thế sao cho dòng điện trên dây trung tính có giá trị bé nhất trên toàn lưới hạ thế.

Tuy nhiên, ở khu vực nông thôn, các khách hàng có công suất phụ tải nhỏ, nằm rải rác nên việc kéo lưới trung thế 3 pha tạo gây nên một áp lực chi phí lớn so với hiệu quả kinh doanh điện năng. Lưới trung thế 1 pha và máy biến áp 1 pha chủ yếu được sử dụng và lưới hạ thế 2 pha 3 dây nằm giảm chi phi đầu tư cũng như giảm tổn hao năng lượng trên lưới hạ thế. Gần đây do sự phát triển đáng kể của các hộ nông nghiệp (ở Việt Nam) hay các hộ 1 pha (trên thế giới) nên lưới một pha trung thế phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu phụ tải. Điều này gây nên sự mất cân bằng trên lưới trung thế nghiêm trọng và làm tăng tổn thất điện năng, gây nhiễu thông tin liên lạc và gián đoạn cung cấp điện do tác động của relay dòng điện [1].

Để giải quyết sự mất cân bằng pha của hệ thống phân phối, tác giả trong [2] đã xây dựng bài toán cân bằng pha như một hàm mục tiêu quy hoạch tuyến tính rời rạc. Tuy nhiên, các tiêu chí ra quyết định cho trong mô hình chuyển tải giữa các 6 Luan van pha trong hệ thống phân phối có thể không được biểu diễn như một hàm tuyến tính. Ví dụ, vấn đề giảm thiểu tổn thất công suất của hệ thống là một hàm mục tiêu phi tuyến và rời rạc nên sẽ rất khó giải quyết một cách trọn vẹn. Phương pháp mô phỏng quá trình luyện kim (SA) cũng được áp dụng để giải quyết vấn đề thay đổi tải giữa các pha trong [3] là một vấn đề quy hoạch phi tuyến rời rạc trên diện rộng.

Trong [4], Chen và các cộng sự trình bày một giải thuật di truyền (GA) để tối ưu hóa sự sắp xếp pha cho các máy biến áp phân phối 1 pha nối với tuyến dây chính. Tuy nhiên, các phương pháp này không kết hợp các quy tắc heuristic được xây dựng từ tính chất vật lý của lưới điện hình tia nên thời gian giải lâu và phải ngừng cung cấp điện cho khách hàng khi chuyển nguồn từ pha này sang pha khác theo lịch trình để thực hiện chiến lược cân bằng pha. Trong [13], tác giả sử dụng các heuristic được xây dựng từ [5,6] đã thiết kế một hệ chuyên gia nhằm cải thiện mức độ cân bằng pha trong lưới phân phối. Các luật heuristic được thành lập do các kỹ sư và mô tả trong cơ sở tri thức của hệ chuyên gia.

Giải thuật giảm dòng trên dây trung tính thông qua việc thay đổi pha cấp điện cho các phụ tải 1 pha thông qua hàm mục tiêu là giảm tổn thất năng lượng trên toàn tuyến dây như hình. 7 Luan van Yes Yes No No Yes No Hình 2.1: Giải thuật giảm dòng trên dây trung tính thông qua việc thay đổi pha cấp điện 8 Luan van 2. Lắp đặt tụ bù Các bộ tụ bù được lắp đặt vào hệ thống lưới điện phân phối hình tia để điều chỉnh hệ số công suất, giảm tổn thất, cải thiện điện áp nút và có khả năng tăng công suất của tuyến dây tuy không nhiều. Với những mục tiêu khác nhau và tùy thuộc vào ràng buộc trong vận hành, vị trí và dung lượng tụ bù được tối ưu nhằm xác định loại tụ điện, kích cỡ, vị trí và các phương án điều khiển.

Cũng tương tư như nhiều bài toán trong hệ thống điện, bài toán tối ưu hoán vị và dung lượng tụ bù được xem là bài toán quy hoạch phi tuyến và rời rạc, tất nhiên sẽ xuất hiện rất nhiều điểm cực trị địa phương mà các giải thuật cần phải vượt qua. Về mặt toán học khi thay đổi vị trí tụ điện sẽ làm bài toán trở nên rời rạc, hầu hết các thuật toán tối ưu hóa thông thường không thể áp dụng trong thực tế vì không thể mô tả lưới điện phân phối có sự liên tục về giá trị phụ tải cung như vị trí phụ tải. Vì vậy theo [10-13] không nên áp dụng các phương pháp giải tích toán học nhằm mục đích chỉ ra ngay đáp số bài toán. Tối ưu vị trí và dung lượng tụ bù đã được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ trước, các phương pháp tiếp cận ban đầu có hiệu quả chủ yếu dựa trên các kỹ thuật heuristic được áp dụng cho các phương pháp gần đúng để giải quyết bài toán (bằng cách loại bỏ một số vấn đề phức tạp như mô tả toán học, đều kiện ràng buộc mà không ảnh hưởng nhiều đến kết quả bài toán).

Vào những năm 1980, các phương pháp tiếp cận yêu cầu có mức độ chặt chẽ hơn về cá mô hình và các diều kiện ràng buộc được đề xuất như minh họa bởi bài báo của Grainger [12], [13]. Baran-Wu [10] đã xây dựng vấn đề vị trí tụ điện như một chương trình phi tuyến rời rạc và tìm cách tìm ra lời giải bằng phép phân tách Benders. Cũng trong những năm này, thuật toán meta-heuristic được sử dụng như một phương pháp giải quyết vấn đề vị trí tụ điện: giải thuật luyện kim (SA) [1], thuật toán di truyền (GA) [3], và thuật toán tìm kiếm tabu trong [4]. Thuật toán lai [15] dựa trên tìm kiếm tabu dựa trên thuật toán heuristic phân tích độ nhạy được xem là có hiệu quả tốt trong việc giải quyết bài toán xác định vị trí và dung lượng tụ bù.

Các vị trí đặt tụ có thể chấp nhận được sẽ do người thiết kế đề xuất để giảm thiểu không gian tìm kiếm, sau đó giải thuật heuritic sẽ tính toán độ nhạy của 9 Luan van các nút và dựa vào độ nhạy này, các vị trí tụ bù thích hợp sẽ được đề xuất. Giả thuật nà có thể áp dụng cho lưới điện phân phối hình tia trên diện rộng. Giải thuật đề xuất được mô tả tại hình Hình 1.2: Sơ đồ thuật toán để chọn vị trí và số lượng các nút chính xác 2. Tái cấu hình lưới phân phối giảm tổn thất công suất Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị.

Chẳng hạn, phụ tải có đặc điểm biến động theo thời gian và tăng lên theo khu vực, do đó dung lượng thiết bị bù công suất phản kháng tại các nút sẽ luôn thay đổi chứ không bất biến. Do vậy cần phải xác định lại các vị trí lắp đặt và điều chỉnh lượng công suất bù trên lưới điện khi cần thiết. Với vị trí lắp đặt và lượng 10 Luan van công suất bù tối ưu, có thể giảm tổn thất điện năng. Vận hành không đối xứng ảnh hưởng đến tỷ lệ tổn thất nhưng việc xác định và phân tích các phương án vận hành tìm ra phương án tối ưu rất khó khăn.