Đặt vấn đề Lưới điện phân phối (LĐPP) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ. Vì lý do kỹ thuật, nó luôn được vận hành theo kiểu hình tia (hở), mặt dù được thiết kế theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện. Trong quá trình cung cấp điện lưới điện có thể có khả năng bị một sự cố nào đó trên các nhánh sẽ làm mất điện và gây ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến: - Các hộ tiêu thụ điện khi xét đến mặt kinh tế và xã hội - Công ty điện lực khi xét đến lợi nhuận bán điện, nếu trong thị trường điện, công ty điện lực còn phải đền bù cho khách hàng của mình theo giá trị năng lượng ngừng cung cấp, đây là một khoản đền bù lớn. Hiện nay có nhiều biện pháp khôi phục cung cấp điện khi xảy ra sự cố như tự động sa thải phụ tải, sử dụng các nguồn dự phòng, tái cấu hình cung cấp điện.
Trong đó, tái cấu hình cung cấp điện là một biện pháp ít tốn kém nhất. Do đó, nghiên cứu các biện pháp khôi phục cung cấp điện 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. Vấn đề đảm bảo cung cấp điện liên tục, ổn định là một vấn đề phải được ưu tiên hàng đầu đối với ngành điện. Sự gián đoạn cung cấp điện xảy ra thường xuyên do nhiều nguyên nhân từ chủ quan như bảo trì, quá tải, sự cố… lẫn khách quan như thiên tai, hành lang an toàn bị xâm phạm… Dù nguyên nhân nào đi nữa thì việc cô lập, cách ly khu vực có sự cố để tìm ra nguyên nhân, xử lý sự cố, khôi phục cung cấp điện một phần hay hoàn toàn luôn luôn cần phải được thực hiện nhanh chóng, an toàn để kịp thời cung cấp điện trở lại, hạn chế thiệt hại ít nhất do mất điện gây ra.
Quá trình khôi phục cung cấp điện một phần nhằm cung cấp điện trở lại cho các nhánh đường dây không sự cố nhưng bị cô lập, có nguồn thấp hơn nhánh sự cố trong thời gian xác định nguyên nhân, sửa chữa và khôi phục cung cấp điện hoàn toàn và đưa hệ thống trở về tình trạng hoạt động bình thường và ổn định. Việc khôi phục cung cấp điện một phần là một quá trình quan trọng với nhiều yêu cầu như: an toàn, giảm thiểu số khách hàng bị mất điện, không bị quá tải trên đường dây, điện áp nằm trong phạm vi cho phép, thời gian khôi phục ngắn nhất, giới hạn công suất nguồn không bị vi phạm, giảm thiểu tổn hao. Quá trình này được thực hiện bằng 2 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 với nhiều mục tiêu nên quá trình này phức tạp cần phải có các giải thuật tối ưu để hỗ trợ.
Như vậy việc khôi phục cho lưới điện phân phối bằng giải thuật tái cấu hình nhằm xác định các nhánh đường dây bị cô lập, có nguồn thấp hơn nhánh sự cố là công việc quan trọng góp phần nâng cao năng lực cung cấp điện. Sơ đồ khối hệ thống điện 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 [1-9]. 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 cô lập nhánh sự cố và chuyển 3 tải qua tuyến dây khác. Vì vậy, giải thuật khôi phục cung cấp điện 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 và số lượng khách hàng bị mất điện là ít nhất. Khi việc ứng dụng công nghệ thông tin trong LĐPP trở nên rẻ tiền, đặc biệt là hệ thống SCADA hoàn thiện trong những năm gần đây thì sự yêu cầu khôi phục cung cấp điện nhanh chóng trên LĐPP được đòi hỏi một cách cấp thiết hơn nữa.
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 [1-3, 5, 10, 20] hay sử dụng cơ sở tri thức [4, 6- 10, 12]. 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 [12, 20]. Tuy nhiên, việc đảm bảo số lần chuyển tải cũng như số lượng khách hàng bị mất điện là ít nhất để thời gian khôi phục lưới là ít nhằm giảm thiểu chi phí đền bù cho khách hàng chưa được đề cập rõ ràng trong các nghiên cứu trên. Trong đề tài này sẽ trình bày một giải thuật heuritic nhằm giảm thiểu số lần chuyển khóa mà vẫn đảm bảo số lượng khách hàng bị mất điện là ít nhất.
Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài Mục tiêu của đề tài là tập trung xây dựng phương pháp heuristic để chuyển những phụ tải gây quá tải các nhánh dây sau khi cô lập nhánh bị sự cố với số lần chuyển khóa là ít nhất. Nhiệm vụ của đề tài: - Xây dựng giải thuật: Xác định chính xác các khóa trong vòng có chứa khóa bị sự cố và đánh giá mức độ quá tải của các nhánh dây trong các vòng có liên quan, từ đó xác định trình tự các bước chuyển tải để khôi phục cung cấp điện với yêu cầu giảm quá tải các nhánh. - Kiểm chứng khả năng của giải thuật trên các LĐPP mẫu 33 nút nhằm chứng tỏ khả năng của giải thuật thông qua phần mềm PSS - ADEPT. - Kiểm chứng bằng giải thuật RRA.
Phạm vi thực hiện của đề tài 4 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 một nhánh bị sự cố, không xét đến các máy phát điện phân tán. Trong nghiên cứu này có chỉ ra các nhánh quan trọng mà khi sự cố trên các nhánh này có thể phải sa thải phụ tải vì khả năng cung cấp điện của các nhánh còn lại không đủ cung cấp cho tất cả các phụ tải như ban đầu. Phương pháp giải quyết bài toán Sử dụng giải thuật thuần heuristic, cụ thể là giải thuật kỹ thuật đổi nhánh và kết hợp với điều kiện chống quá tải, để giải bài toán tái cấu hình khôi phục cung cấp điện 1. Điểm mới của đề tài Hướng giải quyết bài toán là dùng các giải thuật thuần heuristic có cải tiến khi đánh giá các vòng có liên quan đến nhánh sự cố hay quá tải và hàm đánh giá quá tải nhánh so với [24], điều này làm giảm thiểu số lần chuyển đổi trạng thái khóa điện nên tiết kiệm nhiều thời gian khôi phục cung cấp điện 1.
Giá trị thực tiễn - Giải thuật tái cấu hình khôi phục cung cấp điện cho LĐPP đề xuất có thể áp dụng vào điều kiện thực tế Việt Nam trong vận hành LĐPP hay đào tạo các điều độ viên vận hành LĐPP - Làm tài liệu tham khảo chuyên sâu cùng lĩnh vực cho sinh viên học. Bố cục của đề tài Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tái cấu hình LĐPP nhằm tổn thất điện năng là bé nhất Chương 3: Xác định trạng thái vận hành LĐPP Chương 4: Mô phỏng LĐPP Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo 5 CHƯƠNG 2: TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM TỔN THẤT CÔNG SUẤT LÀ BÉ NHẤT 2. Lưới điện phân phối 2. Giới thiệu về LĐPP LĐPP là một bộ phận chiếm tỉ lệ lớn trong hệ thống điện của các quốc gia, có nhiệm vụ truyền tải điện năng trực tiếp đến các phụ tải dùng điện.
Trong hệ thống điện, tổn thất điện năng trên LĐPP chiếm tỷ lệ đáng kể. Theo thống kê của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) tổn thất điện năng hàng năm chiếm 9-13,5% tổng công suất sản xuất, trong đó tổn thất công suất trên LĐPP chiếm 4-6,7%. Lý do làm cho tổn thất điện năng trên lưới phân phối chiếm tỷ lệ cao do các yếu tố, như nhiều cấp điện áp, phương thức vận hành chưa tốt, đường dây phức tạp, các hộ phụ tải có tính chất khác nhau. Mặt khác LĐPP có tính chất: Thiết kế kín - mạch vòng, vận hành hở.
Do đó mục tiêu của bài toán tái cấu trúc LĐPP là tìm ra được cấu trúc phương thức vận hành hình tia đảm bảo yêu cầu mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện và đảm bảo được yêu cầu kỹ thuất để hệ thống vận hành bình thường. LĐPP bao gồm các trạm biến áp và đường dây tải điện, trực tiếp cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ. LĐPP thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho một địa phương thường có bán kính cung cấp điện nhỏ hơn 50 km, tuy nhiên thực tế hiện nay bán kính cấp điện có khu vực có thể lên đến 100 km. Tổng chiều dài và số lượng máy biến áp chiếm tỷ lệ lớn trong toàn hệ thống, số lượng lộ ra, nhánh rẽ lớn hơn lưới điện truyền tải.
Đường dây tuy có bán kính cấp điện ngắn nhưng cấu trúc của lưới điện phức tạp. LĐPP có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của toàn hệ thống: - Chất lượng cung cấp điện: ở đây là độ tin cậy cung cấp điện và độ dao động của điện áp, tần số tại phụ tải - Tổn thất điện năng: Thường tổn thất điện năng ở lưới phân phối lớn gấp 3 đến 4 lần so với tổn thất ở lưới truyền tải. - Giá đầu tư xây dựng: nếu chia theo tỉ lệ cao áp, phân phối trung áp, phân phối hạ áp thì vốn đầu tư mạng cao áp là 1, mạng phân phối trung áp, hạ áp thường từ 2,5 đến 3 lần.