CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1. Lý do chọn đề tài Lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng điện cho các hộ tiêu thụ. Vì những ưu điểm về mặt kỹ thuật, lưới điện phân phối thường được vận hành hình tia, mặc dù lại được thiết kế mạch vòng để nâng cao độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện. Bên cạnh đó, tổn thất năng lượng trên lưới điện phân phối hiện nay đo được là từ 7% - 8%, so với 2% - 3% trên lưới điện truyền tài.
Do dó, việc nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối là một nhu cầu mang tính bức xúc cao và hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích về kinh tế. Theo nhiều tài liệu đã được nghiên cứu, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất trong quá trình phân phối điện năng như: bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, hoặc tăng tiết diện dây dẫn. Tuy các biện pháp này đều mang tinh khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn nhiều chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị ban đầu. Trong khi đó, biện pháp tái cấu hình lưới điện thông qua cách đóng/mở các cặp khóa điện có sẵn trên lưới điện cùng có thể giảm đáng kể tổn thất điện năng mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện.
Trong quá trinh vận hành, thực tế việc tái cấu hình lưới điện nhằm giảm tổn thất năng lượng thường nằm trong các điều kiện phải thỏa mãn những ràng buộc kỹ thuật, cộng với việc có hàng trăm khóa điện dọc trên hệ thống điện phân phối là điều vô cùng khó khăn đối với các điều độ viên. Do đó, luôn cần một phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh áp dụng cho việc tái cấu trúc lưới điện để thỏa mãn các mục tiêu điều khiển của các điều độ viên. Các giải thuật tái cấu trúc lưới điện luôn được xem xét ở cả hai góc độ thiết kế và vận hành. Ở góc độ thiết kế, cần phải chỉ ra vị trí đặt khóa điện và sử dụng loại khóa gì (máy cắt, máy cắt có tải, dao cách ly.) để có thể cực tiểu hóa tổn thất năng lượng và giảm chi phí đóng/cắt khi chuyển tải, giúp điều độ viên có một “không gian điều khiển” đủ lớn đáp ứng các nhu cầu ngày càng tăng trong tương lai.
Ở góc độ vận hành, dựa vào các vị trí khóa điện có sẵn, điều độ viên phải chỉ ra kế hoạch vận hành Học viên: Trần Anh Quốc Thông Trang 15 sao cho chi phí vận hành thỏa mãn các mục tiêu đề ra. Không chỉ dừng lại ở mục tiêu giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc lưới điện phân phối còn có thể nâng cao khả năng tải của lưới điện (cân bằng tải), giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây. Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lưới nhằm giảm tổn thất năng lượng trong điều kiện phải thỏa mãn các ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vô cùng khó khăn đối với các điều độ viên. Do đó luôn cần một phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới trong điều kiện thoả mãn các mục tiêu điều khiển của các điều độ viên.
Trong luận văn này sẽ nghiên cứu các vấn đề này và đưa ra một phương pháp giải có thể áp dụng để tính toán, vận hành lưới điện phân phối hiện tại ở tỉnh Ninh Thuận. Mục tiêu của đề tài Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối theo hình tia nhằm giảm tổn thất công suất và chống quá tải, nhằm giúp tăng lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp bao gồm doanh nghiệp bán điện (EVN), các doanh nghiệp sản xuất, dịch vụ, thương mại và nhân dân trên các tuyến đường dây đang cung cấp. Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn đề sau: - Tìm hiểu các bài báo viết về tái cấu trúc lưới điện, cũng như các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp dụng. - Đề nghị một phương pháp để tái cấu trúc lưới điện để giảm tổn thất công suất và cân bằng tải.
- Xây dựng hàm mục tiêu áp dụng giải thuật tối ưu hóa bầy đàn PSO và logic mờ để tìm ra cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất và cân bằng tải. - Kiểm chứng trên lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề xuất. Học viên: Trần Anh Quốc Thông Trang 16 3. Phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, đề xuất giải thuật, mô phỏng.
Nội dung nghiên cứu: Nghiên cứu xoay quanh bài toán tái cấu trúc lưới trên lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở (lưới điện hình tia). Bài toán được nghiên cứu trong luận văn bao gồm các vấn đề sau: 1. Kết hợp nhiều mục tiêu với nhau vào trong một bài toán tái cấu trúc: mục tiêu giảm tổn thất công suất và mục tiêu cân bằng tải. Ứng dụng giải thuật PSO và logic mờ để giải bài toán tái cấu trúc theo hàm đa mục tiêu.
Điểm mới của luận văn Đề xuất một giải thuật để tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm tổn thất công suất và cân bằng tải dựa trên giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO) và logic mờ (Fuzzy Logic), thực hiện khảo sát bài toán đa mục tiêu theo 02 cách. Xây dựng được giải thuật kiểm tra điều kiện hình tia và giải thuật xác định các khóa trong từng vòng độc lập cho lưới điện phân phối có một nguồn hoặc nhiều nguồn, áp dụng hiệu quả và tin cậy trong quá trình tái cấu trúc. Ưu điểm của giải thuật là đơn giản, tìm được lời giải một cách nhanh chóng, thỏa các điều kiện ràng buộc. Học viên: Trần Anh Quốc Thông Trang 17 CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.
Đặc điểm của lưới điện phân phối Lưới điện phân phối (LĐPP) 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 khách hàng. Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay mạch tia, còn các đường dây phân phối luôn được vận hành hở trong mọi trường hợp. Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá dòng. Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có các mạch vòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố.
Việc khôi phục lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện nằm trên các mạch vòng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khoá điện. 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. 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. Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khoá điện (Recloser, LBS, DS.) sẽ được lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này vừa có thể giảm chi phí vận hành và vừa giảm tổn thất năng lượng. Hay nói cách khác, hàm mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành bao gồm cả chi phí chuyển tải và tổn thất năng lượng.
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: - Cấu trúc vận hành hở. Học viên: Trần Anh Quốc Thông Trang 18 - Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép. - Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp.
- Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.1 Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện. - Do là cầu nối trực tiếp giữa nguồn và khách hàng, do đó nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ. - Tổn thất điện năng chiếm tỉ lệ lớn trong tổng tổn thất của hệ thống bao gồm: tổn thất lưới truyền tải, phân phối, hạ áp. - 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 đến 2 lần, hạ áp từ 2 đến 2,5 lần.
- Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa 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 án vận hành hơn so với lưới truyền tải, và là nơi chịu tác động nhiều nhất từ các điều kiện môi trường, thiết bị, nguồn dự phòng,.2 Cấu trúc lưới điện - Cấu trúc LĐPP đa dạng, phức tạp. Số lượng nút, nhánh rất nhiều do đó việc tính toán các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật gặp rất nhiều khó khăn, mặc dù trên thực tế đã có khá nhiều phần mềm áp dụng để quản lý kể cả trong khâu kỹ thuật cũng như khâu kinh doanh. Lưới điện phát triển nhanh, trải rộng; các hộ phụ tải đa dạng, đan xen.
- Chế độ vận hành bình thường lưới điện phân phối 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).
