Chương I : Giới thiệu luận văn. Chương II : Nghiên cứu tổng quan. Chương III : Phương pháp tiếp cận. Chương IV : Kiểm chứng giải thuật đề nghị.
Chương V : Kết luận và đề xuất. Tài liệu tham khảo và Phụ lục. Học viên: Trần Nguyên Ngọc Thắng Trang 5 Chương II: Nghiên cứu tổng quan CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Học viên: Trần Nguyên Ngọc Thắng Trang 6 Chương II: Nghiên cứu tổng quan 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Lưới điện phân phối là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạm biến thế trung gian (thường là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV) đến các trạm khách hàng.
Chế độ vận hành bình thường của lưới điện phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá. Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, mạng điện phân phối thường được thiết kế mạch vòng nhưng vận hành hở. Trong mạch vòng các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc thiết bị nối mạch vòng (Ring Main Unit). Các thiết bị này vận hành ở trạng thái mở.
Trong trường hợp cần sửa chữa hoặc sự cố đường dây điện thì việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài, nhờ việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng cắt dao cách ly phân đoạn hay tự động chuyển đổi nhờ các thiết bị nối mách vòng. Một đường dây phân phối luôn có hai loại phụ tải là phụ tải dân dụng và phụ tải phi dân dụng. Các phụ tải này được phân bố không đồng đều trên đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong tháng.
Vì vậy, đồ thị phụ tải của chúng không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ. Điều này gây ra quá tải đường dây, ảnh hưởng tuổi thọ thiết bị và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.1: Tỷ trọng các thành phần phụ tải năm 2011 của EVN. Công nghiệp, Thương nghiệp, Nhà Quản lý, Hoạt động Nông, lâm Xây dựng hàng, Khách sạn tiêu dùng khác nghiệp, thủy sản 52,67 % 4,61 % 37,78 % 3,28 % 1,12 % Qua kết quả nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành đã đưa đến kết luận nên vận hành lưới điện phân phối theo dạng hình tia bởi các lý do: - Vận hành và bảo vệ mạng đơn giản. - Trình tự phục hồi lại kết cấu lưới sau sự cố dễ dàng hơn.
Học viên: Trần Nguyên Ngọc Thắng Trang 7 Chương II: Nghiên cứu tổng quan - Ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ. - Vấn đề kinh tế: chi phí cho các thiết bị bảo vệ thấp hơn. Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thể. Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thoả mãn các điều kiện sau: - Cấu trúc vận hành là hình tia và hở.
- Tất cả các phụ tải đều phải được cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép. - Các hệ thống bảo vệ relay, thiết bị đóng cắt phải thay đổi phù hợp với thực tế. - Các phát tuyến đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.1 Ảnh hƣởng chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đến hệ thống điện Tổn thất điện năng chiếm tỷ lệ lớn trong tổn thất của hệ thống bao gồm: tổn thất lưới truyền tải, phân phối, hạ áp.1: Biểu đồ tổn thất điện năng của EVN. Vốn đầu tư cho mạng phân phối cũng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ vốn đầu tư theo thống kê cho thấy nếu đầu tư cho mạng cao áp là 1, thì mạng trung áp từ 1.5 † 2 lần, hạ áp từ 2 † 2.
Học viên: Trần Nguyên Ngọc Thắng Trang 8 Chương II: Nghiên cứu tổng quan Xác suất ngừng cung cấp do sự cố, sủa chữa bảo dưỡng theo kế hoạch cải tạo, lắp đặt trạm mới trên lưới điện trung áp cũng nhiều hơn so với lưới truyền tải. Là khu vực khó xác định phương áp vận hành so với lưới truyền tải, và là nơi chịu tác động nhiều nhất từ các điều kiện môi trường, thiết bị, nguồn dự phòng, v…v… 1.2 Cấu trúc lƣới điện phân phối Chế độ vận hành lưới điện phân phối bình thường là vận hành hở. Các sơ đồ lưới điện thường gặp là: hình tia, hình tia có nguồn dự phòng (lưới điện kín vận hành hở).2a: Sơ đồ lưới điện hình tia.2b: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở. Với các đặc điểm trên, việc nghiên cứu lưới điện phân phối rất phức tạp, đòi hỏi phương pháp, mô hình nghiên cứu phù hợp để giải quyết bài toán kinh tế - kỹ thuật.
Học viên: Trần Nguyên Ngọc Thắng Trang 9 Chương II: Nghiên cứu tổng quan 2. HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Ở VIỆT NAM Lưới điện phân phối Việt Nam tồn tại 3 cấp điện áp (35, 22, 15)kV, trong đó lưới 35kV có khối lượng rất nhỏ mà chủ yếu là lưới (15, 22)kV. Đối với miền Nam trong thời gian vừa qua lưới 22kV các tỉnh phát triển mạnh mẽ, nếu không tính hai khu vực TP.Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai, lưới 22kV khu vực Tổng công ty điện lực Miền Nam quản lý chiếm 87,9% (theo dung lượng TBA), 81,9% (theo khối lượng đường dây). Mặt khác ở khu vực này lưới 15kV hầu hết được thiết kế theo tiêu chuẩn 22kV, do vậy ở khu vực này việc chuyển đổi lưới 15->22kV cơ bản là rất thuận lợi.
Trong một vài năm tới lưới 15kV cơ bản chuyển thành lưới 22kV. 35kV 1% 15kV 9% 15kV 40.8% 90% 35kV 0% Đường dây Trạm biến áp Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới điện phân phối khu vực miền Nam. Trong những năm gần đây, Tổng Công ty điện lực Miền Nam đã đẩy mạnh phát triển lưới điện phân phối, bình quân trong giai đoạn 5 năm từ 2007 đến 2011 phát triển trung bình hơn 1.500 km đường dây phân phối và công suất hơn 2.2: Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN Năm 2007 2008 2009 2010 2011 Đường dây phân phối (km) 44.694 Dung lượng trạm (MVA) 8.697 Học viên: Trần Nguyên Ngọc Thắng Trang 10 Chương II: Nghiên cứu tổng quan 3. CÁC BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƢỚI ĐIỆN Ở GÓC ĐỘ VẬN HÀNH Các bài toán vận hành lưới điện phân phối chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề sau: giảm tổn thất công suất của lưới điện, cải thiện thời gian tái lập, cải thiện các hệ số tin cậy của hệ thống, cải thiện khả năng tải của lưới điện, cải thiện tình trạng không cân bằng tải, giảm thiểu tổn thất của hệ thống lưới điện không cân bằng, v…v….
Từ những mục tiêu cơ bản trên, chúng ta có thể tạm phân chia bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối thành các bài toán nhỏ như sau: - Bài toán 1: Giảm tổn thất công suất, đây là bài toán cơ bản, kết quả sẽ chỉ ra một cấu trúc lưới điện có tổn thất công suất là nhỏ nhất đối với một điểm phụ tải nhất định (chỉ xét ở một thời điểm). - Bài toán 2: Giảm tổn thất năng lượng, bài toán này dựa vào bài toán cơ bản nêu trên, nhưng xét cho một khoảng thời gian. Kết quả sẽ chỉ ra một cấu trúc lưới điện có tổn thất năng lượng là nhỏ nhất trong khoảng thời gian xem xét (vừa xét vả tổn thất điện năng, chi phí thao tác đóng cắt khóa điện để chuyển đổi cấu trúc lưới và chi phí khấu hao các thiết bị đóng cắt). - Bài toán 3: Cân bằng tải máy biến áp và đường dây, kết quả sẽ chỉ ra một cấu trúc lưới điện, trong đó tải được phân phối đều theo khả năng tải của máy biến áp và đường dây.
Cấu trúc lưới điện này chủ yếu đáp ứng về mặt kỹ thuật, tăng độ tin cậy cung cấp điện. Đảm bảo khả năng dự trữ của mỗi máy biến áp và đường dây gần như nhau, ít xảy ra quá tải khi thay đổi. - Bài toán 4: Khôi phục việc cung cấp điện, bài toán này giải trong trường hợp sự cố ngắn mạch hay quá tải phải cắt điện một hay nhiều đoạn đường dây. Kết quả sẽ chỉ ra một cấu trúc lưới điện cô lập phần bị sự cố, cấp điện trở lại cho phụ tải bị ảnh hưởng với các ràng buộc dòng, áp nằm trong phạm vi cho phép và đảm bảo số phụ tải bị mất điện là ít nhất.
Học viên: Trần Nguyên Ngọc Thắng Trang 11 Chương II: Nghiên cứu tổng quan 4. CÁC PHƢƠNG PHÁP TÌM TRẠNG THÁI KHÓA ĐIỆN TỐI ƢU a. Giải thuật mô phỏng luyện kim (Simulated Annealing Algorithm – SA) Các thuật toán mô phỏng luyện kim lần đầu tiên được đề xuất bởi Scott Kirkpatrick, C. Daniel Gelatt, Cerny và Mario P.
Vecchi vào năm 1983 dựa trên mô hình của quá trình xử lý tinh thể do Metropolis đề cập đến vào năm 1953. Tên của thuật toán này xuất phát từ quá trình làm lạnh và kết tinh hoặc một kim loại làm mát và ủ tương ứng của một chất lỏng. Ở nhiệt độ cao, một chất lỏng ngẫu nhiên phân tán các phân tử trong một trạng thái năng lượng cao. Khi quá trình làm giảm nguồn nhiệt từ thời điểm này, các hạt từ từ vào một mạng có cấu trúc (pha rắn) tương ứng với từng mức năng lượng.
Một điều rất quan trọng trong suốt quá trình này là nhiệt lượng của hệ thống đạt đến một trạng thái ổn định trước khi giảm nhiệt độ để cấp độ tiếp theo. Khi nhiệt độ đủ thấp, cấu trúc hệ thống đạt đến trạng thái cơ bản hoặc điểm mà tại đó năng lượng của các chất rắn được giảm tối thiểu. Nếu quá trình làm mát không được thực hiện chậm đủ, hệ thống không còn ở trạng thái năng lượng tối thiểu, tương tự như quá trình dập tắt. Các trạng thái vật lý của Quá trình Luyện kim cũng tương tự như việc xác định gần như toàn bộ hoặc toàn phần giải pháp tối ưu cho các vấn đề tối ưu hoá.
Ý tưởng cơ bản là bắt đầu với cấu hình nguyên tử hiện hành. Cấu hình này tương đương với các giải pháp hiện thời của một vấn đề tối ưu hoá. Năng lượng của các nguyên tử tương tự với chi phí của các hàm mục tiêu và trạng thái cuối cùng tương ứng với cực tiểu của hàm chi phí. Giải thuật đàn kiến (Ant Colony Algorithm – ACS) Ban đầu, số con kiến bắt đầu từ tổ kiến để đi tìm đường đến nơi có thức ăn.
Từ tổ kiến sẽ có rất nhiều con đường khác nhau để đi đến nơi có thức ăn, nên một con kiến sẽ chọn ngẫu nhiên một con đường đi đến nơi có thức ăn.