Nghiên cứu bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối và các hàm mục tiêu

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu hcmute tìm hiểu bài toán về tái cấu trúc lưới điện phân phối và các hàm mục tiêu, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải

• Tác giả: Nguyễn Hữu Hùng Phong
• Người hướng dẫn: 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 Trúc Lưới Điện Phân Phối: Nghiên Cứu Và Các Hàm Mục Tiêu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
• 1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Điểm mới của luận văn
• 1.5. Giá trị thực tiễn
• 1.6. Bố cục luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
• 2.1. Đặc điểm của lưới phân phối
• 2.2. Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật của hệ thống điện
• 2.3. Cấu trúc lưới điện
• 2.4. Thực trạng của lưới điện phân phối của Việt Nam
• 2.5. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện ở góc độ vận hành
• 2.6. Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất công suất
• 2.7. Giải thuật của Merlin và Back- kỹ thuật vòng kín
• 2.8. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự - kỹ thuật đổi nhánh
• 2.9. Giải thuật di truyền
• 2.10. Giải thuật đàn kiến
• 2.11. Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo
• 2.12. Hệ chuyên gia
• 2.13. Phương pháp tìm kiếm TABU
• 2.14. Phương pháp bầy đàn
• 3. CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ
• 3.1. Bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất
• 3.2. Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất
• 3.3. Kiểm tra giải thuật
• 3.4. Hệ thống khu vực Sông Hinh – Phú Yên
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 4.1. Hướng phát triển đề tài
• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT NỘI DUNG
• DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG

Tóm tắt

I. Giới thiệu về tái cấu trúc lưới điện phân phối

Tái cấu trúc lưới điện phân phối là một phương pháp quan trọng nhằm cải thiện hiệu suất và giảm tổn thất điện năng. Lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ. Theo thống kê, tổng tổn thất điện năng khoảng từ 10-15% sản lượng điện sản xuất, trong đó lưới điện phân phối chiếm 5-7%. Việc nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối là một nhu cầu bức xúc, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Tái cấu trúc lưới điện không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn nâng cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố. Do đó, việc áp dụng các giải thuật tối ưu như PSO để tái cấu trúc lưới điện là rất cần thiết.

1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất và nâng cao chất lượng điện áp. Nhiệm vụ của luận văn bao gồm việc đọc các bài báo liên quan, phân loại và đánh giá các phương pháp tái cấu trúc lưới điện, đề xuất một phương pháp mới và kiểm chứng trên lưới điện mẫu. Việc áp dụng giải thuật PSO sẽ giúp đạt được mục tiêu này một cách hiệu quả, đồng thời giảm chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị.

II. Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối

Các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối hiện nay rất đa dạng, bao gồm các giải thuật như giải thuật di truyền, giải thuật đàn kiến, và phương pháp bầy đàn. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Giải thuật PSO, với khả năng tối ưu hóa nhanh chóng và hiệu quả, đã được chứng minh là một trong những phương pháp hiệu quả nhất trong việc tái cấu trúc lưới điện. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp giảm tổn thất công suất mà còn cải thiện độ tin cậy và chất lượng điện năng cung cấp cho người tiêu dùng.

2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có cấu trúc phức tạp với nhiều loại phụ tải khác nhau. Việc quản lý và vận hành lưới điện phân phối đòi hỏi phải có các giải pháp tối ưu để giảm thiểu tổn thất điện năng. Các điều kiện vận hành như cấu trúc vận hành hở, đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các phụ tải và không để các thiết bị bị quá tải là rất quan trọng. Do đó, việc tái cấu trúc lưới điện thông qua các thao tác đóng/mở các khoá điện là cần thiết để đạt được các mục tiêu này.

III. Phân tích và đánh giá giá trị thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu về tái cấu trúc lưới điện phân phối không chỉ mang lại lợi ích về mặt lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn cao. Việc áp dụng giải thuật PSO trong tái cấu trúc lưới điện giúp giảm tổn thất công suất, nâng cao chất lượng điện và giảm chi phí vận hành. Điều này không chỉ có lợi cho các doanh nghiệp cung cấp điện mà còn cho người tiêu dùng. Hơn nữa, nghiên cứu này còn góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối, làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện.

3.1. Ứng dụng thực tiễn của giải thuật PSO

Giải thuật PSO đã được áp dụng thành công trong nhiều bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối. Kết quả mô phỏng cho thấy giải thuật này có khả năng tối ưu hóa cao, giúp giảm tổn thất công suất và cải thiện chất lượng điện năng. Việc áp dụng giải thuật này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả vận hành mà còn giảm thiểu chi phí cho các doanh nghiệp, từ đó tạo ra lợi ích kinh tế lớn cho toàn xã hội.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối (LĐPP) đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp điện năng đến người tiêu dùng cuối cùng. Theo thống kê của ngành điện Việt Nam, tổng tổn thất điện năng chiếm khoảng 10-15% sản lượng điện sản xuất, trong đó lưới điện phân phối chiếm từ 5-7%. Tổn thất này không chỉ làm giảm hiệu quả kinh tế mà còn ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Do đó, việc nghiên cứu các giải pháp giảm tổn thất trên lưới điện phân phối là một nhu cầu cấp thiết, góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và giảm chi phí cho các doanh nghiệp điện lực cũng như người tiêu dùng.

Mục tiêu chính của luận văn là đề xuất và kiểm chứng một giải thuật tối ưu dựa trên phương pháp tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization - PSO) nhằm tái cấu trúc lưới điện phân phối theo hình tia, giảm tổn thất công suất tác dụng và cải thiện chất lượng điện áp tại các nút. Nghiên cứu tập trung vào các mạng điện mẫu gồm 16 nút, 33 nút và 69 nút, mô phỏng trong điều kiện vận hành thực tế tại Việt Nam, đặc biệt là khu vực miền Nam với tỷ trọng lưới điện 22kV chiếm tới 87,9% theo dung lượng trạm biến áp.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm tổn thất công suất từ 8,2% đến hơn 40% tùy theo cấu hình mạng và có sự hỗ trợ của nguồn điện phân tán (DG). Việc áp dụng giải thuật PSO không chỉ giúp giảm tổn thất mà còn nâng cao chất lượng điện áp, giảm sụt áp cuối lưới, tăng khả năng tải và độ tin cậy cung cấp điện. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, góp phần hỗ trợ các doanh nghiệp điện lực trong công tác vận hành và phát triển lưới điện phân phối tại Việt Nam.

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:

• Lý thuyết tái cấu trúc lưới điện phân phối: Lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành theo hình tia để đảm bảo an toàn và dễ dàng trong bảo vệ. Việc tái cấu trúc lưới điện thông qua đóng/mở các khoá điện nhằm cân bằng tải, giảm tổn thất công suất và cải thiện điện áp.

• Mô hình tổn thất công suất và điện áp: Tổn thất công suất tác dụng trên mỗi nhánh được tính dựa trên công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp và điện trở, điện kháng của đường dây. Hàm mục tiêu là giảm tổng tổn thất công suất tác dụng trên toàn bộ lưới điện.

• Giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO): Thuật toán dựa trên hành vi xã hội của bầy đàn chim hoặc cá, sử dụng các cá thể (particle) di chuyển trong không gian tìm kiếm để tìm vị trí tối ưu. PSO có ưu điểm tốc độ hội tụ nhanh, lập trình đơn giản và khả năng tránh bẫy cực trị địa phương.

Các khái niệm chính bao gồm: trạng thái khóa điện (đóng/mở), hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất, điều kiện ràng buộc về điện áp và dòng điện, vận tốc và vị trí của các cá thể trong PSO, cùng các tham số trọng số quán tính, hệ số kinh nghiệm và hệ số quan hệ xã hội.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm các thông số kỹ thuật của các mạng điện mẫu 16 nút, 33 nút và 69 nút, cùng các thông số phụ tải, điện trở, điện kháng, và các vị trí khóa điện. Dữ liệu được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành và mô phỏng thực tế tại Việt Nam.

Phương pháp phân tích chính là xây dựng và triển khai giải thuật PSO để tìm cấu hình khóa điện tối ưu, giảm tổn thất công suất và cải thiện điện áp. Quá trình nghiên cứu gồm các bước:

1. Khởi tạo quần thể các cá thể với vị trí và vận tốc ngẫu nhiên trong không gian tìm kiếm các trạng thái khóa điện.
2. Giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp Newton-Raphson cho từng cá thể để tính tổn thất và điện áp.
3. Cập nhật vị trí và vận tốc cá thể dựa trên kinh nghiệm cá nhân và toàn quần thể.
4. Lặp lại quá trình cho đến khi đạt điều kiện dừng (số vòng lặp tối đa hoặc hội tụ).
5. So sánh kết quả với các nghiên cứu trước và đánh giá hiệu quả.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2012 đến 2014, với các giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, lập trình giải thuật, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm tổn thất công suất trên mạng 16 nút: Khi không có nguồn điện phân tán (DG), giải thuật PSO tìm được cấu hình tối ưu với các khóa mở s7, s9, s16, giảm tổn thất công suất từ 511,43 kW xuống còn khoảng 470 kW, tương đương giảm 8,2% sau 3 vòng lặp. Khi có DG công suất 16,38 MW tại nút 9, tổn thất giảm mạnh xuống còn 136,37 kW, giảm hơn 73% so với ban đầu.

2. Hiệu quả trên mạng 33 nút: Cấu hình ban đầu có tổn thất 203,68 kW với các khóa mở s33, s34, s35, s36, s37. Sau 12 vòng lặp, cấu hình tối ưu mới với khóa mở s7, s37, s9, s14, s32 giảm tổn thất xuống còn 138,88 kW, tương đương giảm 31,8%. Khi có 4 DG được kết nối, tổn thất tiếp tục giảm xuống 111,45 kW sau 17 vòng lặp, giảm tổng cộng khoảng 45%.

3. Mạng 69 nút: Kết quả mô phỏng cho thấy tổn thất công suất giảm đáng kể sau tái cấu trúc, đồng thời chất lượng điện áp tại các nút được cải thiện rõ rệt, dao động điện áp được duy trì trong giới hạn cho phép, giảm thiểu hiện tượng sụt áp cuối lưới.

4. Tốc độ hội tụ và tính ổn định: Giải thuật PSO hội tụ nhanh, chỉ cần từ 3 đến 17 vòng lặp tùy theo kích thước mạng và có thể tránh được bẫy cực trị địa phương nhờ cơ chế cập nhật vận tốc và vị trí dựa trên kinh nghiệm cá nhân và tập thể.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất công suất là do PSO tìm được cấu hình khóa điện tối ưu, cân bằng tải giữa các nhánh, giảm quá tải và sụt áp trên đường dây. Việc kết hợp nguồn điện phân tán (DG) càng làm tăng hiệu quả giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện áp.

So sánh với các giải thuật truyền thống như giải thuật Merlin và Back, giải thuật Civanlar, giải thuật di truyền (GA), và giải thuật đàn kiến (ACS), PSO thể hiện ưu thế về tốc độ hội tụ và khả năng tìm kiếm toàn cục. Các biểu đồ đặc tính hội tụ minh họa sự ổn định và hiệu quả của PSO qua các lần thực thi khác nhau.

Kết quả cũng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về tái cấu trúc lưới điện phân phối, đồng thời có tính khả thi cao khi áp dụng cho lưới điện phân phối Việt Nam với cấu trúc mạch vòng vận hành hình tia và nhiều khóa điện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng giải thuật PSO trong vận hành thực tế: Các doanh nghiệp điện lực nên triển khai giải thuật PSO để tự động hóa quá trình tái cấu trúc lưới điện, giảm tổn thất công suất và cải thiện chất lượng điện áp. Thời gian thực hiện có thể bắt đầu trong vòng 6-12 tháng với sự phối hợp giữa phòng kỹ thuật và trung tâm điều độ.

2. Tích hợp nguồn điện phân tán (DG): Khuyến khích phát triển và tích hợp các nguồn điện tái tạo phân tán vào lưới điện phân phối nhằm tăng hiệu quả vận hành và giảm tổn thất. Các chính sách hỗ trợ và đầu tư cần được xây dựng trong vòng 1-3 năm tới.

3. Nâng cấp hệ thống khóa điện và thiết bị điều khiển: Đầu tư nâng cấp các khóa điện có khả năng điều khiển từ xa và tự động để thuận tiện cho việc tái cấu trúc lưới điện theo giải thuật PSO. Thời gian thực hiện dự kiến 2 năm.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho điều độ viên: Tổ chức các khóa đào tạo về ứng dụng giải thuật tối ưu và công nghệ điều khiển hiện đại cho đội ngũ điều độ viên nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện. Kế hoạch đào tạo nên được triển khai liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên viên vận hành lưới điện phân phối: Nghiên cứu giúp họ hiểu rõ hơn về các phương pháp tối ưu hóa cấu trúc lưới điện, từ đó áp dụng vào thực tế để giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện.

2. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách phát triển lưới điện thông minh, tích hợp nguồn điện phân tán và nâng cao hiệu quả vận hành.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo quý giá về các thuật toán tối ưu hiện đại, đặc biệt là PSO, và ứng dụng trong bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối.

4. Doanh nghiệp cung cấp thiết bị và giải pháp công nghệ cho ngành điện: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và xu hướng phát triển để thiết kế các sản phẩm phù hợp hỗ trợ vận hành lưới điện thông minh.

Câu hỏi thường gặp

1. Giải thuật PSO có ưu điểm gì so với các giải thuật khác trong tái cấu trúc lưới điện?
   PSO có tốc độ hội tụ nhanh, lập trình đơn giản và khả năng tránh bẫy cực trị địa phương tốt hơn so với các giải thuật như di truyền hay tìm kiếm Tabu. Ví dụ, trong nghiên cứu, PSO chỉ cần từ 3 đến 17 vòng lặp để hội tụ trên các mạng mẫu.

2. Tại sao cần tái cấu trúc lưới điện phân phối?
   Tái cấu trúc giúp cân bằng tải, giảm tổn thất công suất, cải thiện chất lượng điện áp và tăng độ tin cậy cung cấp điện. Điều này đặc biệt quan trọng khi phụ tải thay đổi liên tục và có nhiều nguồn điện phân tán.

3. Nguồn điện phân tán (DG) ảnh hưởng thế nào đến kết quả tái cấu trúc?
   DG giúp giảm tổn thất công suất và cải thiện điện áp tại các nút. Trong nghiên cứu, khi có DG, tổn thất trên mạng 16 nút giảm hơn 73%, trên mạng 33 nút giảm khoảng 45% so với cấu hình ban đầu.

4. Giải thuật PSO có thể áp dụng cho các lưới điện lớn và phức tạp không?
   PSO phù hợp với các lưới điện có cấu trúc không quá phức tạp và ít vòng kín, như lưới điện phân phối Việt Nam. Với các lưới lớn hơn, cần điều chỉnh tham số và có thể kết hợp với các phương pháp khác để nâng cao hiệu quả.

5. Làm thế nào để triển khai giải thuật PSO trong thực tế vận hành lưới điện?
   Cần tích hợp giải thuật vào phần mềm điều độ, nâng cấp hệ thống khóa điện có khả năng điều khiển từ xa, đồng thời đào tạo nhân sự vận hành. Quá trình này có thể bắt đầu trong vòng 6-12 tháng và cần sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên liên quan.

Kết luận

• Đã đề xuất và xây dựng thành công giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO) để tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất và cải thiện chất lượng điện áp.
• Kết quả mô phỏng trên các mạng 16, 33 và 69 nút cho thấy PSO có tốc độ hội tụ nhanh và hiệu quả cao, giảm tổn thất từ 8,2% đến hơn 40% tùy điều kiện.
• Việc tích hợp nguồn điện phân tán (DG) góp phần nâng cao hiệu quả tái cấu trúc, giảm tổn thất và cải thiện điện áp tại các nút.
• Giải thuật PSO có tính khả thi cao khi áp dụng cho lưới điện phân phối Việt Nam với cấu trúc vận hành hình tia và nhiều khóa điện.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế giải thuật PSO, nâng cấp thiết bị điều khiển, tích hợp DG và đào tạo nhân sự vận hành.

Khuyến khích các doanh nghiệp điện lực và nhà nghiên cứu tiếp tục phát triển và ứng dụng giải thuật PSO trong vận hành lưới điện phân phối nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối Chương 3: Giải thuật đề nghị. Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài. Phụ lục và tài liệu tham khảo. Trang 4 Luan van Chương 2: Tổng Quan GVHD: TS.

Trương Việt Anh CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2. Đặc điểm của lưới 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. Trang 5 Luan van Chương 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trương Việt Anh 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 - 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 2.1 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.1: 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 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. Trang 6 Luan van Chương 2: Tổng Quan GVHD: TS.

Trương Việt Anh - 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,. 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). Các sơ đồ trên có những ưu điểm như: vận hành đơn giản; trình tự phục hồi lại kết cấu sau sự cố dễ dàng hơn; ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ. Một số sơ đồ cung cấp điện thường được sử dụng trong thực tế ở Việt Nam là: Hình 2.2a: Sơ đồ lưới điện hình tia Trang 7 Luan van Chương 2: Tổng Quan GVHD: TS.

Trương Việt Anh Hình 2.2b: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở 2. Thực trạng của lưới phân phối của Việt Nam. LĐPP của 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. Trang 8 Luan van Chương 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trương Việt Anh Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐPP khu vực miền Nam Trong những năm gần đây, Tổng Công ty điện lực Miền Nam đã đẩy mạnh phát triển LĐPP, bình quân trong giai đoạn 5 năm từ 2007 đến 2011 phát triển trung bình hơn 1.500 km đường dây phân phối và hơn 2.000 MVA dung lượng trạm biến áp.694 Dung lượng trạm (MVA) 8.

Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC 2. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện ở goc độ vận hành Các bài toán vận hành LĐPP 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, tối thiểu công suất tổn thất, giảm thiểu tổn thất của hệ thống lưới điện không cân bằng,. 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: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất. Trang 9 Luan van Chương 2: Tổng Quan GVHD: TS.

Trương Việt Anh - Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất. - Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại một thời điểm để tổn thất công suất bé nhất. - Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện. - Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.

- Bài toán 6: Xác định cấu trúc lưới theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng đồng thời xảy ra ( hàm đa mục tiêu ) - Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới tối ưu chi phí trong vận hành và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của một lưới điện phân phối cực tiểu tổn thất năng lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện kỹ thuật vận hành luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện. Tên bài toán 1 2 3 4 5 6 7 Khoá điện được điều khiển từ xa     Đặc điểm lưới điện Chi phí chuyển tải thấp, không     mất điện khi chuyển tải Chi phí chuyển tải cao, mất     điện khi chuyển tải Lưới điện thường xuyên bị quá tải    Lưới điện ít bị quá tải      Lưới điện hầu như không quá tải      Bảng 2. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới 2.

Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất công suất Trang 10 Luan van Chương 2: Tổng Quan GVHD: TS. Trương Việt Anh 2. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín Giải thuật của Merlin và Back [1] khá đơn giản: “Đóng tất cả các khoá điện lại tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần lượt các khoá có dòng chạy qua bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia”. Ở đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lưới điện phân phối luôn có mức tổn thất công suất bé nhất.

Vì vậy để có lưới điện phân phối vận hành hình tia, Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá trình sẽ chấm dứt khi lưới điện đạt được trạng thái vận hành hở. Các giải thuật tìm kiếm nhánh và biên ứng dụng luật heuristic này mất rất nhiều thời gian do có khả năng xảy ra đến 2n cấu trúc nếu có n đường dây được trang bị khoá điện.3 mô tả giải thuật của Merlin và Back, đã được Shirmohammadi và Hong [2] bổ sung. Giải thuật này chỉ khác so với giải thuật nguyên thủy của Merlin và Back ở chỗ có xét đến điện thế ở các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến dòng điện. Trang 11 Luan van Chương 2: Tổng Quan GVHD: TS.