Luận văn thạc sĩ xác định dung lượng máy phát điện phân bố theo mục tiêu giảm tốn thất và giảm thay thế các thiết bị đóng cắt

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu xác định dung lượng máy phát điện phân bố theo mục tiêu giảm tốn thất và giảm thay thế các thiết bị, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Trần Trung Thuận
• Người hướng dẫn: PGS. Phan Thị Thanh Bình
• Trường học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
• Chuyên ngành: Điện
• Đề tài: Tối Ưu Hóa Dung Lượng Máy Phát Điện Phân Bố Để Giảm Tổn Thất Và Thay Thế Thiết Bị
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG I: 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 của luận văn
• 2. CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
• 2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối
• 2.2. Ảnh hưởng của các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật đến hệ thống điện
• 2.3. Cấu trúc lưới điện phân phối
• 2.4. Hiện trạng và đặc điểm lưới điện phân phối ở Việt Nam
• 2.5. Hệ thống phát điện phân bố
• 2.5.1. Hệ thống DG là gì?
• 2.5.2. Các dạng của DG
• 3. CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN
• 3.1. Bài toán đa mục tiêu
• 3.2. Công thức của bài toán
• 3.3. Hàm mục tiêu cho tổn thất năng lượng
• 3.4. Hàm mục tiêu cho khả năng cắt của các thiết bị
• 3.5. Các ràng buộc của bài toán
• 3.6. Lôgic mờ và giải pháp tìm hàm mục tiêu chung của bài toán
• 3.6.1. Định nghĩa tập mờ
• 3.6.2. Các hàm thuộc (membership function) của bài toán
• 3.6.2.1. Hàm thuộc cho khả năng cắt của các thiết bị
• 3.6.2.2. Hàm thuộc cho tổn thất năng lượng
• 3.7. Giải pháp của bài toán đa mục tiêu
• 3.7.1. Thuật toán GEN di truyền (GA)
• 3.7.2. Tối ưu bằng thuật toán gen di truyền trong Matlab
• 3.7.3. Lưu đồ mô tả giải thuật đề nghị và các bước thực hiện
• 4. CHƯƠNG IV: KIỂM CHỨNG GIẢI THUẬT ĐỀ NGHỊ
• 4.1. Xét mô hình mạng phân phối hình tia tổng quát
• 4.2. Thông số mạng lưới
• 4.3. Mã hóa DG trên lưới
• 4.4. Khai báo trong GA của Matlab
• 4.5. Mô phỏng và kết quả
• 4.5.1. Khi chưa có DG
• 4.5.2. Khi phát hết công suất của DG
• 4.5.3. Khi phát công suất của DG giúp tổn thất công suất nhỏ nhất
• 4.5.4. Khi dung lượng phát của DG ở mức tối ưu
• 5. CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• 5.1. Các nội dung đã thực hiện được
• 5.2. Điểm mới của luận văn
• 5.3. Phương hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố

Tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố là một trong những vấn đề quan trọng trong ngành điện. Việc này không chỉ giúp giảm tổn thất năng lượng mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống điện. Trong bối cảnh hiện nay, khi nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao, việc tối ưu hóa này trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Nghiên cứu này sẽ trình bày các phương pháp và giải pháp nhằm tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố.

1.1. Tầm quan trọng của máy phát điện phân bố trong hệ thống điện

Máy phát điện phân bố (DG) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng gần với nơi tiêu thụ. Điều này không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng mà còn cải thiện độ tin cậy của hệ thống điện. Việc lắp đặt DG giúp giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố.

1.2. Các lợi ích của việc tối ưu hóa dung lượng máy phát điện

Tối ưu hóa dung lượng máy phát điện không chỉ giúp giảm tổn thất năng lượng mà còn tiết kiệm chi phí đầu tư cho việc thay thế thiết bị. Hơn nữa, nó còn nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng, từ đó góp phần bảo vệ môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong tối ưu hóa máy phát điện phân bố

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như sự biến động của phụ tải, sự không đồng nhất trong việc phân bố nguồn năng lượng và các yêu cầu về bảo trì thiết bị là những yếu tố cần được xem xét.

2.1. Biến động phụ tải và ảnh hưởng đến hiệu suất

Phụ tải điện thường xuyên thay đổi, điều này gây khó khăn trong việc xác định dung lượng tối ưu cho máy phát điện phân bố. Việc không đáp ứng kịp thời nhu cầu phụ tải có thể dẫn đến tổn thất năng lượng lớn.

2.2. Các yêu cầu về bảo trì và thay thế thiết bị

Việc bảo trì và thay thế thiết bị đóng cắt là một thách thức lớn trong việc tối ưu hóa máy phát điện phân bố. Số lượng thiết bị cần thay thế phải được giảm thiểu để tiết kiệm chi phí và thời gian.

III. Phương pháp tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố hiệu quả

Để tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng thuật toán gen, logic mờ và các mô hình toán học để tìm ra dung lượng tối ưu nhất.

3.1. Ứng dụng thuật toán gen trong tối ưu hóa

Thuật toán gen là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để tối ưu hóa dung lượng máy phát điện. Phương pháp này giúp tìm ra giải pháp tối ưu thông qua quá trình chọn lọc tự nhiên và di truyền.

3.2. Sử dụng logic mờ để cải thiện hiệu suất

Logic mờ cho phép xử lý các thông tin không chắc chắn và biến động trong hệ thống điện. Việc áp dụng logic mờ giúp cải thiện độ chính xác trong việc xác định dung lượng tối ưu cho máy phát điện phân bố.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã được áp dụng trên hệ thống phân phối 26 nút, cho thấy kết quả tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố mang lại nhiều lợi ích. Các kết quả này sẽ được so sánh với các trường hợp khác để đánh giá tính hiệu quả.

4.1. Kết quả mô phỏng trên hệ thống phân phối

Mô phỏng cho thấy việc tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố giúp giảm tổn thất công suất đáng kể. Kết quả này chứng minh tính khả thi của phương pháp đã đề xuất.

4.2. So sánh với các phương pháp khác

Kết quả tối ưu hóa sẽ được so sánh với các phương pháp truyền thống để đánh giá hiệu quả và tính ưu việt của phương pháp mới.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng và cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa có thể mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống điện.

5.1. Tóm tắt các kết quả đạt được

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa dung lượng máy phát điện phân bố không chỉ giúp giảm tổn thất năng lượng mà còn tiết kiệm chi phí đầu tư cho thiết bị.

5.2. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp tối ưu hóa mới, đồng thời áp dụng công nghệ hiện đại để nâng cao hiệu quả của hệ thống điện phân phối.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thống kê từ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) cho thấy tổng mức tổn thất điện năng trên toàn hệ thống chiếm khoảng 10% đến 15% sản lượng điện sản xuất, trong đó riêng phần tổn hao kỹ thuật trên các đường dây phân phối dao động từ 5% đến 7%. Trong cơ cấu phụ tải tiêu thụ điện năng năm 2011, thành phần công nghiệp và xây dựng chiếm tỷ trọng lớn nhất với 52,67%, tiếp theo là sinh hoạt dân dụng chiếm 37,78%, thương nghiệp dịch vụ chiếm 4,61% và nông lâm thủy sản chiếm 1,12%. Tình trạng phụ tải tăng trưởng liên tục kết hợp với phân bố không đồng đều trên các phát tuyến hình tia đã gây ra hiện tượng sụt áp cuối nguồn, làm tăng tổn hao công suất và suy giảm tuổi thọ của thiết bị truyền dẫn. Trong khi đó, tỷ trọng vốn đầu tư dành cho lưới phân phối trung áp cao gấp 1,5 đến 2 lần so với lưới cao áp truyền tải.

Trước bài toán kinh tế và kỹ thuật này, giải pháp tích hợp các nguồn phát điện phân bố (Distributed Generation - DG) công suất nhỏ từ vài kW đến dưới 10 MW đặt gần tâm phụ tải nổi lên như một xu hướng tất yếu. Tuy nhiên, việc kết nối DG vào lưới điện làm thay đổi căn bản dòng công suất và làm tăng đáng kể dòng ngắn mạch sự cố, đe dọa khả năng chịu đựng của các thiết bị đóng cắt hiện hữu như máy cắt và dao cách ly. Vấn đề cốt lõi đặt ra là phải tìm ra dung lượng phát tối ưu của các tổ máy DG nhằm vừa giảm tổn thất điện năng, vừa hạn chế tối đa việc phải thay mới các thiết bị đóng cắt trên lưới. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Điện của tác giả Trần Trung Thuận tập trung giải quyết bài toán đa mục tiêu này trên mô hình lưới điện phân phối hình tia 26 nút, bám sát hiện trạng lưới điện 22 kV khu vực miền Nam nơi chiếm 87,9% dung lượng trạm biến áp và 81,9% khối lượng đường dây. Nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn to lớn, giúp các đơn vị điện lực nâng cao biên độ điện áp, giảm tổn hao kỹ thuật và tiết kiệm hàng tỷ đồng chi phí nâng cấp thiết bị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng 2 lý thuyết tối ưu hóa hiện đại gồm Lý thuyết Logic Mờ (Fuzzy Logic) theo nguyên lý Bellman - Zadeh mở rộng và Lý thuyết Thuật toán Di truyền (Genetic Algorithm - GA). Mô hình nghiên cứu xác lập các quan hệ phi tuyến giữa vị trí, công suất phát của nguồn phân tán với các chỉ tiêu vận hành của lưới điện phân phối hình tia.

Hệ thống khái niệm nền tảng trong đề tài bao gồm 4 nội dung chính:

• Nguồn phát điện phân bố (DG): Các tổ máy phát điện quy mô nhỏ (từ vài kW đến dưới 10 MW) kết nối trực tiếp vào lưới phân phối, sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió (tiềm năng kỹ thuật ước tính đạt 513.360 MW tại Việt Nam), khí sinh học biogas hoặc diesel.
• Dòng ngắn mạch và khả năng cắt: Trị số dòng điện sự cố cực đại xuất hiện khi xảy ra ngắn mạch, quyết định định mức làm việc an toàn của các thiết bị bảo vệ trên lưới điện.
• Hàm thuộc mờ (Membership Function): Ánh xạ toán học chuyển đổi các giá trị thực tế của tổn thất công suất và số lượng thiết bị đóng cắt cần thay thế về miền giá trị định lượng từ 0 đến 1.
• Toán tử di truyền trong GA: Quy trình mô phỏng quá trình tiến hóa sinh học gồm phép tái sinh (theo luật bánh xe Roulette), phép lai ghép 2 điểm (với hệ số lai ghép mặc định 0,8) và phép đột biến ngẫu nhiên (với tỷ lệ đột biến 0,01).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ số liệu thống kê vận hành lưới điện giai đoạn 2007 - 2011 của Tổng công ty Điện lực Miền Nam kết hợp với thông số kỹ thuật chuẩn của sơ đồ mạng điện phân phối hình tia. Cỡ mẫu nghiên cứu gồm hệ thống 26 nút phụ tải với các cấp điện áp 15 kV và 22 kV, phản ánh đầy đủ đặc trưng của lưới điện phân phối trung áp tại Việt Nam. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm đại diện cho cấu trúc mạng hình tia có phụ tải hỗn hợp giữa công nghiệp và sinh hoạt dân dụng.

Lý do lựa chọn phương pháp kết hợp giữa Logic Mờ và Thuật toán Di truyền xuất phát từ bản chất phi tuyến phức tạp và tính chất đa mục tiêu mâu thuẫn của bài toán. Các phương pháp giải tích truyền thống thường gặp khó khăn khi xử lý không gian tìm kiếm lớn và dễ rơi vào cực trị địa phương. Logic Mờ cho phép lượng hóa linh hoạt các mục tiêu kinh tế - kỹ thuật theo quan điểm điều độ, trong khi Thuật toán Di truyền đóng vai trò tìm kiếm giải pháp tối ưu toàn cục song song. Toàn bộ thuật toán được lập trình và mô phỏng trên nền tảng phần mềm MATLAB thông qua hộp công cụ GAOT (Genetic Algorithms for Optimization Toolbox) với kích thước quần thể 20 cá thể qua 100 thế hệ lặp trong khung thời gian nghiên cứu năm 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng tính toán trên hệ thống lưới phân phối hình tia 26 nút thông qua 4 kịch bản vận hành đã mang lại các phát hiện thực nghiệm quan trọng:

Thứ nhất, ở chế độ cơ sở khi chưa lắp đặt máy phát phân tán (DG), tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây ở mức cao nhất, đồng thời biên độ điện áp tại các nút cuối nguồn bị suy giảm nghiêm trọng xuống dưới ngưỡng 0,95 đơn vị tương đối (pu).

Thứ hai, ở kịch bản phát hết 100% công suất định mức của các nguồn DG, mặc dù tổn thất điện năng giảm mạnh nhưng dòng ngắn mạch tổng hợp tăng vọt vượt quá giới hạn an toàn, dẫn đến việc phải thay thế từ 3 đến 5 thiết bị đóng cắt trên các nhánh phân đoạn.

Thứ ba, ở kịch bản tối ưu hóa đơn mục tiêu nhằm giảm tổn thất công suất cực tiểu, lượng điện năng hao hụt giảm khoảng 30% đến 35%, nhưng hệ thống vẫn ghi nhận 2 thiết bị đóng cắt bị quá tải dòng cắt định mức.

Thứ tư, ở kịch bản tối ưu hóa đa mục tiêu kết hợp Logic Mờ và GA, thuật toán đã xác định được mức dung lượng phát chính xác của DG, giúp cắt giảm khoảng 25% đến 28% tổn thất công suất toàn mạng so với trạng thái ban đầu, đồng thời triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ vi phạm dòng cắt, đưa số lượng thiết bị đóng cắt cần thay thế về mức tối thiểu (0 đến 1 thiết bị).

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt giữa các kịch bản xuất phát từ cơ chế phân bố dòng điện khi có thêm nguồn phát cục bộ. Nguồn DG giúp cấp điện trực tiếp cho phụ tải lân cận, làm giảm dòng truyền tải từ trạm nguồn chính qua các nhánh đường dây dài, từ đó giảm tổn hao Joule và nâng cao điện áp nút. Tuy nhiên, nguồn DG cũng đóng góp thêm một lượng dòng ngắn mạch đáng kể khi có sự cố. Khi được trực quan hóa qua bảng so sánh 4 kịch bản kỹ thuật và biểu đồ phân bố điện áp 26 nút, kết quả cho thấy giải thuật đề xuất duy trì biên độ điện áp toàn bộ các nút trong dải tối ưu từ 0,98 pu đến 1,02 pu.

So với các công trình nghiên cứu trước đây vốn chỉ tập trung vào bài toán đơn mục tiêu giảm tổn thất điện năng, nghiên cứu này mang tính đột phá khi giải quyết đồng thời bài toán kinh tế - kỹ thuật kép. Việc tích hợp ràng buộc thiết bị đóng cắt giúp tránh được chi phí đầu tư thay thế hạ tầng đắt đỏ, bởi chi phí trang bị thiết bị đóng cắt trung áp trong thực tế chiếm tỷ trọng rất lớn trong tổng vốn đầu tư lưới điện.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm ứng dụng hiệu quả kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý và vận hành hệ thống điện phân phối, 4 giải pháp trọng tâm được đề xuất như sau:

1. Ứng dụng phần mềm tối ưu hóa đa mục tiêu vào công tác điều độ vận hành: Tập đoàn Điện lực Việt Nam và các Tổng công ty Điện lực cần tích hợp module tính toán GAOT-MATLAB vào hệ thống quản lý điều hành phân phối để tự động tính toán công suất phát huy động từ các nguồn DG theo từng thời điểm phụ tải. Mục tiêu đặt ra là cắt giảm tỷ lệ tổn thất kỹ thuật lưới phân phối xuống dưới 5,0% trong lộ trình 12 tháng.
2. Thiết lập quy chuẩn đánh giá khả năng cắt của thiết bị trước khi đấu nối DG: Các đơn vị quản lý lưới điện trung áp 22 kV phải thực hiện quy trình kiểm tra bắt buộc về khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch đối với 100% máy cắt, recloser và cầu chì tự rơi trên phát tuyến trước khi phê duyệt đấu nối các dự án DG có công suất từ 1 MW đến 10 MW. Lộ trình ban hành quy chuẩn kỹ thuật trong vòng 6 tháng.
3. Hoàn thiện chính sách khuyến khích phát triển nguồn năng lượng tái tạo phân tán: Bộ Công Thương và các cơ quan quản lý năng lượng cần xây dựng cơ chế giá mua điện linh hoạt cho các nguồn điện sinh khối biogas, điện mặt trời và điện gió tại các địa phương có tiềm năng cao như Ninh Thuận, Bình Thuận (vùng có tốc độ gió 6 đến 7 m/s và tiềm năng điện gió trên 500.000 MW), hướng tới nâng tỷ trọng nguồn phân tán lên 15% đến 20% tổng công suất nguồn vào năm 2030.
4. Đào tạo nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ sư và hiện đại hóa hệ thống bảo vệ: Các công ty điện lực cần tổ chức các khóa huấn luyện chuyên sâu về giải thuật tối ưu hóa và phối hợp bảo vệ rơ-le trong lưới điện có nguồn phân tán cho 100% điều độ viên và kỹ sư phương thức trong thời gian 18 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị tham khảo chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Kỹ sư quy hoạch và điều độ viên hệ thống điện: Nắm vững phương pháp tính toán tối ưu hóa vị trí và công suất phát của DG trên các xuất tuyến 22 kV, hỗ trợ ra quyết định phân bổ công suất phát nhanh chóng và chuẩn xác nhằm giảm tổn thất kỹ thuật.
2. Chủ đầu tư và kỹ sư phát triển dự án năng lượng tái tạo: Tiếp cận mô hình đánh giá khả năng hòa lưới của các nhà máy điện mặt trời, điện gió quy mô vừa và nhỏ (dưới 10 MW), từ đó lựa chọn quy mô công suất lắp đặt phù hợp mà không gây xung đột với năng lực cắt của thiết bị bảo vệ hiện hữu.
3. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Kỹ thuật Điện: Sử dụng tài liệu như một nghiên cứu điển hình về việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (Logic Mờ, Giải thuật Di truyền) trong tối ưu hóa hệ thống điện phức tạp, phục vụ công tác giảng dạy và phát triển đề tài nghiên cứu chuyên sâu.
4. Chuyên gia tư vấn và cơ quan hoạch định chính sách năng lượng: Tham khảo các luận cứ khoa học định lượng về hiệu quả giảm tổn thất điện năng từ 10% đến 15% và bài toán tiết kiệm chi phí thiết bị, phục vụ xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành lưới điện thông minh.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần kết hợp cả Thuật toán Di truyền (GA) và Logic Mờ trong bài toán này? Thuật toán Di truyền đóng vai trò tìm kiếm không gian nghiệm tối ưu toàn cục cho bài toán phi tuyến, trong khi Logic Mờ giúp chuẩn hóa 2 mục tiêu có đơn vị khác nhau về thang điểm từ 0 đến 1. Sự kết hợp này giúp thuật toán xử lý linh hoạt mức độ ưu tiên giữa việc giảm tổn hao điện năng và giảm chi phí thay thế thiết bị.

2. Việc tích hợp máy phát phân bố (DG) gây ảnh hưởng tiêu cực gì đến thiết bị đóng cắt? Khi hòa lưới các nguồn DG công suất từ 1 đến 10 MW, dòng điện ngắn mạch sự cố sẽ được cung cấp đồng thời từ lưới điện chính và các tổ máy DG. Hiện tượng này làm tăng biên độ dòng ngắn mạch tổng, dễ vượt quá giới hạn dòng cắt định mức của máy cắt và recloser có sẵn.

3. Thuật toán trong luận văn đã được kiểm chứng trên mô hình lưới điện nào? Giải thuật được kiểm chứng trực tiếp trên mô hình lưới điện phân phối hình tia 26 nút với các thông số đường dây và phụ tải điển hình của lưới 22 kV khu vực miền Nam (chiếm 87,9% dung lượng trạm toàn vùng), đảm bảo tính đại diện và khả năng ứng dụng thực tiễn cao.

4. Mức độ giảm tổn thất công suất đạt được sau khi tối ưu hóa là bao nhiêu? Kết quả mô phỏng cho thấy giải thuật tối ưu đa mục tiêu giúp giảm tổn thất công suất toàn mạng từ 25% đến 28% so với khi chưa có DG, đồng thời cải thiện điện áp các nút cuối nguồn từ mức dưới 0,95 pu lên dải an toàn từ 0,98 đến 1,02 pu.

5. Điều độ viên có thể thay đổi mức độ ưu tiên giữa các mục tiêu vận hành không? Hoàn toàn có thể. Cấu trúc hàm mục tiêu mở cho phép người vận hành chủ động điều chỉnh các trọng số w1 và w2 (với điều kiện tổng bằng 1), linh hoạt ưu tiên bảo vệ thiết bị trong giờ cao điểm hoặc ưu tiên tiết kiệm điện năng trong mùa khô.

Kết luận

• Luận văn đã giải quyết thành công bài toán xác định công suất phát tối ưu của máy phát điện phân bố (DG) trên lưới điện phân phối hình tia 26 nút.
• Thiết lập mô hình toán học đa mục tiêu kết hợp chặt chẽ giữa Logic Mờ và Thuật toán Di truyền (GA), giải quyết thỏa đáng mâu thuẫn giữa chỉ tiêu kỹ thuật và chỉ tiêu kinh tế.
• Xây dựng hoàn chỉnh chương trình tính toán mô phỏng trên nền tảng MATLAB GAOT, chứng minh hiệu quả giảm tổn thất công suất từ 25% đến 28% và hạn chế tối đa số lượng thiết bị đóng cắt phải thay mới.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng phục vụ công tác quy hoạch, điều độ và tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo quy mô dưới 10 MW vào lưới điện 22 kV của EVN.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo giai đoạn 2024 - 2026 sẽ mở rộng thuật toán cho lưới điện mạch vòng kín vận hành hở và tối ưu hóa thời gian thực theo đồ thị phụ tải 24 giờ.

Các đơn vị quản lý vận hành lưới điện và nhà nghiên cứu quan tâm hãy áp dụng ngay bộ công cụ mô phỏng để nâng cao chất lượng điện năng và tối ưu hóa chi phí vận hành hệ thống điện phân phối.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 Trung Thuận Trang 5 Chương II: Nghiên cứu tổ ng quan  CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Học viên: Trần Trung Thuận Trang 6 Chương II: Nghiên cứu tổ ng quan 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA LƯỚI 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 Trung Thuận Trang 7 Chương II: Nghiên cứu tổ ng 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 hưởng 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 Trung Thuận Trang 8 Chương II: Nghiên cứu tổ ng quan Xác suất ngừng cung cấp 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 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 lưới 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 Trung Thuận Trang 9 Chương II: Nghiên cứu tổ ng quan 2. HIỆN TRẠNG VÀ ĐẶC ĐIỂM LƯỚI 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 Trung Thuận Trang 10 Chương II: Nghiên cứu tổ ng quan 3. HỆ THỐNG PHÁ T ĐIỆN PHÂN BỐ (DG) 3.1 Hệ thống DG là gì? Máy phát phân bố là máy phát công suất nhỏ (từ vài kW đế n dưới 10MW) được đặt gần nơi tiêu thụ, để đáp ứng một nhu cầu đặc biệt của khách hàng, để vận hành kinh tế lưới điện phân phối hiện hữu hoặc cả hai trường hợp trên.

Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng đến với khách hàng, hiệu suất sử dụng nhiên liệu tăng nhờ tận dụng nhiệt năng từ các máy phát Máy phát phân bố có khả năng kết nối với hệ thống điện hiện hữu hoặc cung cấp trực tiếp tại nơi tiêu thụ của khách hàng. Các nguồn phát tập trung theo kiểu truyền thống được thiết kế với công suất nhất định, rất khó thay đổi để đáp ứng với nhu cầu phụ tải thay đổi. Nguồn tập trung truyền thống bao gồm nhà mát điện công suất rất lớn kết hợp với lưới truyền tải và lưới phân phối để phân phối điện năng. Cả hai đòi hỏi vốn đầu tư lớn và mất nhiều thời gian khi muốn tăng khả năng tải.

Nguồn phát phân bố có những ưu điểm so với nguồn phát tập trung như sau: + Sự lựa chọn vốn đầu tư thấp để đáp ứng nhu cầu tăng cường phụ tải. + Không cần nâng cấp mạng truyền tải cũng như mạng phân phối bằng cách đặt nguồn phát tại nơi có nhu cầu. + Một số dạng nguồn phát có thể nâng thêm công suất một cách dễ dàng. + Rất linh hoạt trong việc chuyển công suất thừa từ người sử dụng lên lưới điện để hỗ trợ công suất nhất là trong giờ cao điểm.

Ngoài các ưu điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế, máy phát phân bố còn ảnh hưởng rất ít đến môi trường, một số dạng nguồn phát sử dụng năng lượng sạch, hoàn toàn không có khí thải. Máy phát phân bố đem đến cho các công ty cung cấp điện và khách hàng tiêu thụ một giải pháp cung cấp điện sạch, hiệu quả, tin cậy, linh hoạt và một quan điểm mới về năng lượng điện. Máy phát phân bố có khả năng nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng đến khách hàng bằ ng cách giảm thiể u th ời gian ngừng cung cấp điê ̣n đế n khách hàng do sự cố về điê ̣n cũng như tăng khả năng đáp ứng công suấ t cho hê ̣ thố ng do thiế u điê ̣n. Học viên: Trần Trung Thuận Trang 11 Chương II: Nghiên cứu tổ ng quan NL sinh học Máy phát điện NL mặt trời NL gió Pin nhiên liệu Hình 2.4: Các dạng phát điện phân bố 3.2 Các dạng của DG a) Năng lượng mặt trời Có hai hướng nghiên cứu khác nhau để sản xuất điện từ năng lượng mặt trời đó là sử dụng: + Động cơ sử dụng nhiệt năng của mặt trời: Động cơ sử dụng năng lượng nhiệt năng sử dụng các bộ tập trung nhiệt năng lên một bề mặt để làm bốc hơi nước và làm quay tuabin máy phát.

Loại này có công suất từ vài KW đến vài chục KW. + Pin quang điện (photo cell): Pin quang điện chuyển đổi trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện. Đây là một giải pháp lý tưởng cho việc cấp điện đến những vùng xa lưới điện phân phối cũng như dễ dàng phát triển tại nhiều chỗ. Tuy nhiên, giá thành trên 1KW điện tạo thành khá đắt tiền.

Các pin mặt trời được sắp xếp với nhau tạo thành khối pin quang điện và nhiều khối kết hợp với nhau tạo thành dãy pin quang điện. Một số dãy pin quang điện được điều chỉnh bởi các thiết bị điều chỉnh tùy thuộc vào ánh sáng mặt trời trong ngày. Học viên: Trần Trung Thuận Trang 12 Chương II: Nghiên cứu tổ ng quan Hình 2.5: Cánh đồng pin năng lượng mặt trời Thực tế hiê ̣n nay ở Viê ̣t Nam mô ̣t mă ̣t do ha ̣n chế về kỹ thuâ ̣t , nguồ n lực tài chính cũng như còn ỷ lại nhiều vào nguồn năng lượng thủy điện cũng là một dạng năng lươ ̣ng sa ̣ch nên năng lươ ̣ng mă ̣t trời hầ u như rấ t it́ đươ ̣c quan tâm .