Đặt vấn đề Điện năng ngày càng giữ một vai trò quan trọng việc đảm bảo sự ổn định và phát triển kinh tế xã hội, an ninh chính trị của mỗi quốc gia. Hiện nay, vấn đề về thiếu hụt năng lƣợng, đặc biệt là năng lƣợng điện ngày càng có xu hƣớng gia tăng. Nhất là trong một số giờ cao điểm, hệ thống phân phối không thỏa mãn nhu cầu của phụ tải hoặc khách hàng phải chấp nhận mua điện với giá cao. Việc cải tạo nâng cấp đƣờng dây hoặc lắp đặt thêm các trạm biến áp, đƣờng dây truyền tải và phân phối nhằm đáp ứng nhu cầu của phụ tải trong một số giờ cao điểm làm cho chi phí vận hành tăng cao và cần phải có vốn đầu tƣ lớn.
Do đó, các công ty điện lực và các khách hàng có sẵn hoặc lắp đặt thêm các DG để hỗ trợ cho hệ thống điện, điều này làm giảm công suất điện mua từ hệ thống truyền tải và tận dụng các nguồn năng lƣợng dƣ thừa của khách hàng (thƣờng là các nguồn năng lƣợng tái tạo), từ đó có thể giảm giá điện, đồng thời đối phó với tình huống tăng giá đột biến trong giờ cao điểm và trì hoãn việc xây dựng thêm đƣờng dây mới. DG (Distributed generation) là các máy phát có công suất nhỏ hơn 10MW, có giá thành rẽ, dễ vận hành và có thể xây dựng trong một thời gian ngắn. DG có thể tận dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo sẵn có thân thiện với môi trƣờng nhƣ thủy năng, phong năng, quang năng. công nghệ DG rất đa dạng: nhiệt điện kết hợp, quang điện, tuabine gió, pin nhiên liệu, thủy điện công suất nhỏ, máy phát động cơ đốt trong, microturbine.
Các DG hoạt động độc lập có hiệu quả do chi phí vận hành tăng cao, công suất phát điện lại không ổn định nên độ tin cậy cung cấp điện thấp. Mặc khác, DG có trở kháng lớn, nên dòng ngắn mạch của nó rất nhỏ, do đó mức độ ảnh hƣởng đến LĐPP khi nó vận hành song song là rất thấp. Vì vậy, các DG thƣờng đƣợc kết nối trực tiếp với LĐPP trung áp/ hạ áp. Sử dụng DG trong LĐPP sẽ mang lại một số lợi ích nhƣ giảm tải trên lƣới điện, giảm tổn hao công suất và chi phí vận hành trên mạng điện, cải thiện chất lƣợng điện và độ tin cậy, bình ổn giá điện, cung cấp các dịch vụ hỗ trợ… Trang 1 Khi lƣới điện phân phối có kết nối các DG, thì khách hàng có thể kiểm soát giá thành điện năng và chuyển đổi nguồn điện sao cho họ có lợi nhất.
Do đó, các điều độ viên phải căn cứ vào cấu trúc lƣới điện, dung lƣợng cần truyền tải, giá điện mua từ hệ thống và từ các DG và các yêu cầu về tác động môi trƣờng và sinh thái. để đƣa ra các phƣơng án thay đổi cấu trúc lƣới điện ở từng thời điểm sao cho chi phí vận hành bao gồm chi phí chuyển tải và tổn thất công suất là bé nhất, đồng thời đảm bảo các yêu cầu về k ỹ thuật. Với mục tiêu là tìm giải pháp để giảm tổn thất công suất, giảm chi phí vận hành của lƣới điện phân phối trong trƣờng hợp có các DG, đề tài sẽ đề cập đến các phƣơng pháp có liên quan đến vấn đề “Xác định vị trí và dung lƣợng máy phát điện phân tán dùng pin quang điện để tổn thất công suất là nhỏ nhất”. Kết quả của bài toán sẽ góp phần hỗ trợ cho các công ty điện lực địa phƣơng trong công tác vận hành lƣới điện phân phối.
Luận văn này tiếp cận bài toán xác định vị trí và công suất máy phát điện phân tán trên lƣới điện phân phối có xét đến cấu trúc vận hành lƣới điện với mục tiêu là giảm tổn thất công suất tác dụng trên hệ thống phân phối. Các DG ở đây là các pin quang điện hiện nay đang đƣợc ứng dụng lắp đặt và kết nối vào lƣới điện phân phối, các DG xác định ở ở luận văn này gồm có: - Các DG chủ yếu phát công suất tác dụng là các Pin quang điện; - Các DG phát công suất phản kháng là các tụ bù trên lƣới điện phân phối. Với hàm mục tiêu là giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng và nâng cao chất lƣợng về điện áp trên lƣới điện phân phối. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu việc: Giảm tổn thất công suất và nâng cao chất lƣợng điện áp và độ tin cậy hệ thống điện lƣới điện phân phối.
- Nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp tính phân bố công suất để tính tổn thất công suất. - Nghiên cứu việc giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất về điện áp trên lƣới phân phối khi có kết nối các DG và tụ bù vào lƣới điện phân phối. Trang 2 - Xây dựng hàm đa mục tiêu, sử dụng giải thuật PSO để giải bài toán tìm vị trí và dung lƣợng thích hợp để kết nối DG và tụ bù nhằm giảm thiểu tổn thất công suất. - Áp dụng giải thuật vào kiểm nghiệm cho lƣới điện phân phối mẫu.
Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào bài toán giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi kết nối DG nhằm cực tiểu chi phí vận hành. Phƣơng pháp giải quyết bài toán - Áp dụng các phƣơng pháp giải tích mạng điện xây dựng hàm đa mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất khi có DG kết nối vào lƣới điện phân phối. - Sử dụng giải thuật PSO giải bài toán đa mục tiêu khi có các DG là các Pin quang điện và các tụ bù kết nối vào lƣới điện phân phối. Điểm mới của đề tài - Xây dựng hàm đa mục tiêu giải quyết vấn đề giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng và giảm thiểu tổn thất điện áp khi có kết nối DG (bao gồm các Pin quang điện và các tụ bù).
- Áp dụng giải thuật PSO tìm vị trí và dung lƣợng tối ƣu khi kết nối DG trên lƣới điện phân phối. Giá trị thực tiễn của đề tài - Cung cấp một giải thuật PSO và chƣơng trình tìm vị trí tối ƣu lắp đặt DG, tụ bù giảm tổn thất trên lƣới với công cụ tính toán phân bố công suất trên lƣới điện hình tia. - Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến DG trong lƣới điện phân phối. - Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu và vận hành lƣới điện khi có kết nối DG.
Bố cục Trang 3 Đề tài dự kiến gồm 5 chƣơng Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 3: Phƣơng pháp đề xuất Chƣơng 4: Phân tích kết quả Chƣơng 5: Kết luận Tài liệu tham khảo Trang 4 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về lƣới điện phân phối Cấu trúc hệ thống điện truyền thống có dạng dọc, mạng phân phối sẽ nhận điện từ lƣới truyền tải hoặc truyền tải phụ sau đó cung cấp đến hộ tiêu thụ điện. Mạng phân phối có cấu trúc hình tia hoặc dạng mạch vòng nhƣng vận hành trong trạng thái hở. Dòng công suất trong trƣờng hợp này đổ về từ hệ thống thông qua mạng phân phối cung cấp cho phụ tải.
Vì vậy, việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ sẽ sinh ra tổn hao trên lƣới truyền tải và mạng phân phối (khoảng 10 - 15% tổng công suất của hệ thống). Với cấu trúc mới của lƣới phân phối hiện nay, do có sự tham gia của các nguồn điện phân tán (distributed generation - DG), dòng công suất không chỉ đổ về từ hệ thống truyền tải mà còn lƣu thông giữa các phần của mạng phân phối với nhau, thậm chí đổ ngƣợc về lƣới truyền tải. Cấu trúc này đƣợc gọi là cấu trúc ngang. Với cấu trúc ngang có sự tham gia của các DG, lƣới điện phân phối thực hiện tốt hơn nhiệm vụ cung cấp năng lƣợng điện đến hộ tiêu thụ đảm bảo chất lƣợng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện và một số yêu cầu an toàn trong giới hạn cho phép.
Đồng thời mang lại nhiều lợi ích khác nhƣ: giảm tải trên lƣới điện, cải thiện điện áp, giảm tổn thất công suất và điện năng, hỗ trợ lƣới điện. Vì lý do kỹ thuật, các đƣờng dây phân phối điện luôn đƣợc vận hành hở trong mọi trƣờng hợp, mặc dù đƣợc thiết kế theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin cậy cung cấp điện. Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng lọai 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 đƣờng dây kế cận đựơc cung cấp từ một trạm biến áp trung gian khác hay chính từ trạm biến áp có đƣờng dây bị sự cố.
Việc khôi phục lƣới điện đƣợc thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khóa điện nằm trên các mạch vòng, do đó trên lƣới phân phối có rất nhiều khóa điện. Khi lƣới điện đƣợc vận hành hở, tổn thất năng lƣợng và chất lƣợng điện năng luôn kém hơn một lƣới điện đƣợc vận hành kín. Khi có sự cố, thời gian tái lập việc cung cấp điện của lƣới điện vận hành hở sẽ lâu hơn do cần có thời gian Trang 5 chuyển tải qua các tuyến dây khác. Tuy nhiên, do tính chất khác nhau cơ bản giữa lƣới phân phối và truyền tải là: - Số lƣợng phần tử nhƣ lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lƣới phân phối nhiều hơn lƣới điện truyền tải từ 5-7 lần.
- Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ và nằm trên diện rộng, nên khi có sự cố, mức độ thiệt hại do gián đọan cung cấp điện ở lƣới điện phân phối gây ra cũng ít hơn so với sự cố của lƣới điện truyền tải. Vì vậy lƣới điện phân phối vận hành tia mặc dù có cấu trúc mạch vòng do các nguyên nhân sau: - Tổng trở của lƣới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành vòng kín nên dòng ngắn mạch bé khi có sự cố. Vì vậy chỉ cần chọn các thiết bị đóng cắt có dòng ngắn mạch chịu đựng và dòng ngắn mạch bé, nên mức đầu tƣ giảm đáng kể. - Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các lọai relay đơn giản, rẻ tiền nhƣ relay quá dòng, thấp áp… mà không nhất thiết phải trang bị các lọai relay phức tạp nhƣ relay định hƣớng, bảo vệ khỏang cách, so lệch… nên việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn và mức đầu tƣ cũng giảm xuống.