Luận văn thạc sĩ hcmute xác định vị trí và dung lượng máy phát điện phân tán trên lưới điện 22kv trong thị trường cạnh tranh bằng giải thuật lai

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu xác định vị trí và dung lượng máy phát điện phân tán trên lưới điện 22kV trong thị trường cạnh tranh.

• Tác giả: Đoàn Minh Hậu
• Người hướng dẫn: PGS.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: Xác Định Vị Trí Và Dung Lượng Máy Phát Điện Phân Tán Trên Lưới Điện 22kV
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp giải quyết bài toán
• 1.4. Điểm mới của đề tài
• 1.5. Giá trị thực tiễn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lưới điện phân phối
• 2.2. Nguồn điện phân tán (DG - Distributed Generation)
• 2.3. Các tác động của DG trong lưới điện phân phối
• 2.4. Lợi ích của lưới điện phân phối khi vận hành có kết nối DG
• 2.5. Các tác động của DG lên lưới điện phân phối
• 2.6. Một số nguồn năng lượng tái tạo thích hợp với công nghệ DG
• 2.7. Các phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối
• 2.8. Mô hình toán học của tái cấu hình lưới điện phân phối
• 2.9. Phương pháp Heuristic
• 2.10. Phương pháp tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method
• 2.11. Thuật tối ưu bầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization)
• 2.12. Thuật toán GSA (Gravitational Search Algorithm -GSA)
• 2.13. Các nghiên cứu khoa học liên quan
• 2.14. Bài toán xác định cấu trúc vận hành lưới điện phân phối kết hợp với máy phát điện phân tán
• 3. CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ CÔNG SUẤT NGUỒN PHÂN TÁN TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI BẰNG GIẢI THUẬT LAI
• 3.1. Mô hình toán
• 3.2. Hàm mục tiêu
• 3.3. Điều kiện ràng buộc
• 3.4. Giới hạn công suất phát của các máy phát phân tán
• 3.5. Giới hạn dòng điện trên các nhánh và điện áp nút
• 3.6. Phương pháp đề xuất
• 3.7. Thuật toán PSO
• 3.8. Phương pháp đề xuất
• 4. CHƯƠNG 4: VÍ DỤ KIỂM TRA
• 4.1. Lưới điện phân phối 33 nút
• 4.2. Lưới điện phân phối Thành phố Bến Tre
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về máy phát điện phân tán

Máy phát điện phân tán (DG) là các nguồn năng lượng nhỏ hơn 10MW, có khả năng kết nối trực tiếp vào lưới điện phân phối. Việc sử dụng DG trong lưới điện 22kV không chỉ giúp giảm tải cho lưới điện mà còn cải thiện độ tin cậy và chất lượng điện năng. Các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, và thủy điện nhỏ đang ngày càng được ưa chuộng. Theo nghiên cứu, việc kết nối DG vào lưới điện phân phối có thể giảm tổn thất công suất và chi phí vận hành. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng cao.

1.1. Lợi ích của máy phát điện phân tán

Việc lắp đặt DG mang lại nhiều lợi ích cho lưới điện phân phối. Đầu tiên, nó giúp giảm tải cho lưới điện, đặc biệt trong các giờ cao điểm. Thứ hai, DG cải thiện chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Cuối cùng, việc sử dụng DG còn giúp giảm chi phí vận hành cho các công ty điện lực. Theo một nghiên cứu, việc kết nối DG có thể giảm tổn thất công suất lên đến 15%, từ đó tiết kiệm chi phí cho cả nhà cung cấp và người tiêu dùng.

II. Xác định vị trí và dung lượng máy phát điện phân tán

Xác định vị trí và dung lượng của DG trên lưới điện 22kV là một bài toán phức tạp. Việc này không chỉ liên quan đến công suất phát điện mà còn phải xem xét đến cấu trúc vận hành của lưới điện. Sử dụng thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) là một phương pháp hiệu quả để giải quyết bài toán này. Thuật toán này giúp tối ưu hóa vị trí và dung lượng của DG nhằm giảm tổn thất công suất và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho khách hàng. Kết quả từ các mô hình thử nghiệm cho thấy rằng việc áp dụng PSO có thể cải thiện hiệu suất của lưới điện một cách đáng kể.

2.1. Phương pháp xác định vị trí

Phương pháp xác định vị trí của DG dựa trên các yếu tố như tải điện, cấu trúc lưới điện và khả năng cung cấp điện. Việc sử dụng thuật toán PSO cho phép tìm ra vị trí tối ưu cho DG trên lưới điện 22kV. Kết quả cho thấy rằng việc xác định chính xác vị trí của DG có thể giảm thiểu tổn thất công suất lên đến 20%. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất lưới điện mà còn giảm chi phí cho các công ty điện lực.

2.2. Tính toán dung lượng máy phát điện phân tán

Tính toán dung lượng của DG là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa lưới điện. Dung lượng của DG cần phải được xác định dựa trên nhu cầu tiêu thụ điện và khả năng cung cấp điện của lưới. Việc áp dụng các mô hình toán học và thuật toán tối ưu giúp xác định dung lượng phù hợp cho DG. Kết quả cho thấy rằng việc tính toán chính xác dung lượng có thể giúp giảm thiểu tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho người tiêu dùng.

III. Kết luận và giá trị thực tiễn

Việc xác định vị trí và dung lượng của DG trên lưới điện 22kV không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có giá trị thực tiễn cao. Các công ty điện lực có thể áp dụng các phương pháp đã được nghiên cứu để tối ưu hóa lưới điện của mình. Điều này không chỉ giúp giảm tổn thất công suất mà còn nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Hơn nữa, việc sử dụng DG còn góp phần vào việc phát triển bền vững và bảo vệ môi trường. Các nghiên cứu trong lĩnh vực này sẽ tiếp tục đóng góp vào việc cải thiện hiệu suất của lưới điện trong tương lai.

3.1. Hướng phát triển trong tương lai

Trong tương lai, việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới cho DG sẽ tiếp tục được chú trọng. Các giải pháp công nghệ thông minh và tự động hóa sẽ giúp tối ưu hóa việc quản lý và vận hành lưới điện. Hơn nữa, việc kết hợp giữa DG và các nguồn năng lượng tái tạo sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho ngành điện lực, góp phần vào việc giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phụ tải điện ngày càng tăng do sự phát triển của xã hội hiện đại, việc quản lý và vận hành lưới điện phân phối (LĐPP) trở nên phức tạp và đòi hỏi các giải pháp tối ưu nhằm giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Theo ước tính, tổn thất điện năng trên lưới phân phối chiếm khoảng 10-15% tổng công suất hệ thống, gây ảnh hưởng lớn đến hiệu quả vận hành và chi phí sản xuất điện. Đặc biệt, sự phát triển nhanh chóng của các nguồn điện phân tán (Distributed Generation - DG) như pin mặt trời, turbine gió, pin nhiên liệu, động cơ đốt trong... đã tạo ra cơ hội mới để cải thiện hiệu quả lưới điện phân phối.

Luận văn tập trung nghiên cứu bài toán xác định vị trí và dung lượng tối ưu của các máy phát điện phân tán trên lưới điện 22kV trong thị trường cạnh tranh, đồng thời kết hợp với bài toán tái cấu hình vận hành lưới điện nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho khách hàng. Phạm vi nghiên cứu áp dụng cho lưới điện phân phối tại thành phố Bến Tre với các hệ thống thử nghiệm gồm lưới 33 nút và 72 nút. Mục tiêu cụ thể là xây dựng hàm mục tiêu đa mục tiêu và áp dụng giải thuật lai Particle Swarm Optimization (PSO) để tìm ra cấu hình vận hành và vị trí, công suất DG tối ưu.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các công ty điện lực địa phương tối ưu hóa vận hành lưới điện phân phối, giảm tổn thất điện năng, nâng cao độ tin cậy và thúc đẩy phát triển nguồn năng lượng tái tạo, đồng thời góp phần tạo ra thị trường điện cạnh tranh hiệu quả.

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:

• Lưới điện phân phối (LĐPP): Lưới điện phân phối truyền tải điện năng từ hệ thống truyền tải đến các phụ tải cuối cùng, thường vận hành theo cấu trúc hình tia hoặc mạch vòng hở nhằm đảm bảo độ tin cậy và dễ dàng bảo vệ. Tổn thất công suất trên lưới phân phối là vấn đề lớn do điện áp thấp và dòng điện lớn.

• Nguồn điện phân tán (DG): DG là các máy phát có công suất nhỏ hơn 10MW, được kết nối trực tiếp vào lưới phân phối trung áp/hạ áp, bao gồm các công nghệ như pin mặt trời (PV), turbine gió (WT), pin nhiên liệu (FC), động cơ đốt trong (ICE), microturbine, turbine khí (CT). DG giúp giảm tải lưới, giảm tổn thất, cải thiện chất lượng điện năng và độ tin cậy.

• Tái cấu hình lưới điện phân phối: Là quá trình thay đổi trạng thái đóng/mở của các khóa điện trên lưới nhằm tìm cấu hình vận hành hình tia tối ưu, giảm tổn thất công suất và đảm bảo các ràng buộc kỹ thuật như điện áp, dòng điện, không quá tải thiết bị.

• Thuật toán tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization - PSO): PSO là thuật toán tối ưu dựa trên hành vi bầy đàn, được sử dụng để giải bài toán xác định vị trí và công suất DG cũng như cấu hình vận hành lưới điện phân phối. PSO có ưu điểm hội tụ nhanh, dễ triển khai và hiệu quả trong không gian tìm kiếm lớn.

Các khái niệm chính bao gồm: tổn thất công suất, cấu hình vận hành hình tia, ràng buộc điện áp và dòng điện, hàm mục tiêu đa mục tiêu, thuật toán PSO.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm thông số kỹ thuật và dữ liệu tải của lưới điện phân phối 33 nút và 72 nút tại thành phố Bến Tre. Các thông số mạng như điện trở đường dây, điện áp nút, công suất tải được thu thập và chuẩn hóa.

Phương pháp nghiên cứu gồm hai giai đoạn chính:

1. Xác định vị trí và công suất DG tối ưu trên lưới điện phân phối kín: Sử dụng thuật toán PSO để tối ưu hàm mục tiêu đa mục tiêu, giảm tổn thất công suất tác dụng, đảm bảo các ràng buộc kỹ thuật như điện áp nút trong giới hạn, dòng điện nhánh không quá tải. Giai đoạn này giả định tất cả các khóa điện đều đóng, tạo thành mạng kín.

2. Xác định cấu hình vận hành hở tối ưu của lưới điện phân phối: Tiếp tục sử dụng PSO để tìm trạng thái đóng/mở các khóa điện nhằm tạo cấu hình vận hành hình tia tối ưu, giảm tổn thất công suất và đảm bảo cung cấp điện cho tất cả phụ tải.

Phương pháp phân tích bao gồm mô hình toán học bài toán tối ưu, giải thuật PSO với cỡ mẫu quần thể khoảng 50 cá thể, chạy độc lập 50 lần để đảm bảo tính ổn định và hội tụ. Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 6 tháng, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, triển khai thuật toán và kiểm nghiệm trên hệ thống thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Giảm tổn thất công suất đáng kể khi kết nối DG: Kết quả trên lưới 33 nút cho thấy tổn thất công suất giảm khoảng 15% so với cấu hình không có DG. Trên lưới 72 nút, tổn thất giảm khoảng 12%, chứng minh hiệu quả của việc tối ưu vị trí và công suất DG.

2. Cấu hình vận hành hở tối ưu giúp giảm tổn thất thêm 5-7%: So với cấu hình vận hành kín, việc tái cấu hình lưới điện phân phối bằng PSO giúp giảm tổn thất công suất thêm từ 5% đến 7% trên cả hai hệ thống thử nghiệm.

3. Đảm bảo điện áp nút trong giới hạn cho phép: Điện áp tại các nút lưới phân phối được duy trì trong khoảng 0.95 - 1.05 p.u., đảm bảo chất lượng điện năng và ổn định hệ thống.

4. Tăng độ tin cậy cung cấp điện: Việc kết nối DG và tái cấu hình lưới điện giúp cải thiện khả năng cung cấp điện liên tục, giảm thời gian mất điện do sự cố, đặc biệt trong các giờ cao điểm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm tổn thất công suất là do DG cung cấp điện gần phụ tải, giảm dòng điện truyền tải trên các nhánh dài, từ đó giảm tổn thất trên đường dây. Việc tái cấu hình lưới điện vận hành hở giúp phân bố lại tải, tránh quá tải nhánh và giảm sụt áp.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả đạt được tương đương hoặc vượt trội nhờ áp dụng giải thuật PSO lai, kết hợp tối ưu vị trí, công suất DG và cấu hình vận hành. Các biểu đồ hội tụ PSO cho thấy thuật toán ổn định và hội tụ nhanh trong vòng 50 lần chạy độc lập.

Ý nghĩa của kết quả là cung cấp một công cụ hiệu quả cho các công ty điện lực trong việc vận hành lưới điện phân phối có DG, giảm chi phí vận hành và nâng cao chất lượng dịch vụ. Ngoài ra, nghiên cứu góp phần thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo và thị trường điện cạnh tranh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai giải thuật PSO trong hệ thống điều khiển lưới điện phân phối: Các công ty điện lực nên áp dụng giải thuật PSO để xác định vị trí và công suất DG tối ưu, đồng thời tái cấu hình lưới điện theo thời gian thực nhằm giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy. Thời gian thực hiện trong vòng 12 tháng.

2. Khuyến khích đầu tư và phát triển nguồn điện phân tán: Nhà nước và các tổ chức nên hỗ trợ chính sách ưu đãi, khuyến khích đầu tư DG sử dụng năng lượng tái tạo như PV, turbine gió, pin nhiên liệu nhằm giảm áp lực lên lưới truyền tải và phân phối. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý năng lượng và doanh nghiệp điện lực.

3. Nâng cao năng lực quản lý và vận hành lưới điện phân phối: Đào tạo nhân lực kỹ thuật về các thuật toán tối ưu và công nghệ DG, đồng thời trang bị hệ thống giám sát, điều khiển thông minh để thực hiện tái cấu hình lưới điện hiệu quả. Thời gian triển khai 6-9 tháng.

4. Xây dựng cơ chế thị trường điện cạnh tranh cho DG: Thiết lập cơ chế giá điện linh hoạt, minh bạch cho các khách hàng có DG tham gia thị trường, tạo động lực cho việc cung cấp điện từ nguồn phân tán, đồng thời đảm bảo an toàn và ổn định hệ thống. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý thị trường điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các công ty điện lực và nhà vận hành lưới điện phân phối: Nghiên cứu giúp tối ưu hóa vận hành, giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đồng thời hỗ trợ tích hợp nguồn điện phân tán hiệu quả.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Cung cấp cơ sở lý thuyết, mô hình toán học và phương pháp giải thuật hiện đại trong lĩnh vực tối ưu lưới điện phân phối và nguồn phân tán.

3. Các nhà hoạch định chính sách năng lượng và quản lý thị trường điện: Tham khảo để xây dựng chính sách phát triển nguồn điện phân tán, thúc đẩy thị trường điện cạnh tranh và phát triển bền vững.

4. Doanh nghiệp đầu tư và phát triển nguồn điện phân tán: Hiểu rõ các yếu tố kỹ thuật và kinh tế trong việc lựa chọn vị trí, công suất DG, từ đó đưa ra quyết định đầu tư hợp lý và hiệu quả.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần xác định vị trí và công suất tối ưu của máy phát điện phân tán?
   Việc xác định vị trí và công suất tối ưu giúp giảm tổn thất công suất trên lưới điện phân phối, cải thiện chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Ví dụ, DG đặt gần phụ tải giúp giảm dòng điện truyền tải và tổn thất trên đường dây.

2. Giải thuật PSO có ưu điểm gì trong bài toán này?
   PSO hội tụ nhanh, dễ triển khai và hiệu quả trong không gian tìm kiếm lớn, phù hợp với bài toán tối ưu phức tạp như xác định vị trí, công suất DG và cấu hình vận hành lưới điện. Kết quả nghiên cứu cho thấy PSO đạt hiệu quả cao trên lưới 33 và 72 nút.

3. Tái cấu hình lưới điện phân phối là gì và tại sao cần thiết?
   Tái cấu hình là thay đổi trạng thái đóng/mở các khóa điện để tạo cấu hình vận hành hình tia tối ưu, giảm tổn thất công suất và đảm bảo các ràng buộc kỹ thuật. Nó giúp phân bố tải hợp lý, tránh quá tải và cải thiện độ tin cậy.

4. Nguồn điện phân tán gồm những loại nào phổ biến?
   Các loại DG phổ biến gồm pin mặt trời (PV), turbine gió (WT), pin nhiên liệu (FC), động cơ đốt trong (ICE), microturbine và turbine khí (CT). Mỗi loại có đặc tính kỹ thuật và kinh tế riêng, phù hợp với các điều kiện khác nhau.

5. Lợi ích kinh tế của việc sử dụng DG trên lưới điện phân phối là gì?
   DG giúp giảm chi phí vận hành do giảm tổn thất công suất, giảm tải trên lưới truyền tải, trì hoãn nâng cấp hệ thống, bình ổn giá điện và tăng độ tin cậy cung cấp điện. Điều này góp phần giảm giá thành điện năng cho người tiêu dùng.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công hàm mục tiêu đa mục tiêu và áp dụng giải thuật PSO lai để xác định vị trí, công suất DG và cấu hình vận hành lưới điện phân phối 22kV tối ưu.
• Kết quả kiểm nghiệm trên lưới 33 nút và 72 nút tại Bến Tre cho thấy giảm tổn thất công suất từ 12-15% và cải thiện độ tin cậy cung cấp điện.
• Phương pháp tái cấu hình lưới điện vận hành hở giúp giảm tổn thất thêm 5-7%, đảm bảo điện áp nút trong giới hạn cho phép.
• Nghiên cứu góp phần thúc đẩy phát triển nguồn điện phân tán, nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối và hỗ trợ thị trường điện cạnh tranh.
• Đề xuất triển khai giải thuật PSO trong thực tế, khuyến khích đầu tư DG và nâng cao năng lực quản lý vận hành lưới điện phân phối trong vòng 12 tháng tới.

Hành động tiếp theo là áp dụng giải pháp vào hệ thống lưới điện phân phối thực tế, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các loại lưới điện khác và tích hợp thêm các yếu tố kinh tế, môi trường để phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Phụ tải điện ngày càng tăng do nhu cầu sử dụng và sự phát triển của xã hội hiện đại, tuy nhiên sự gia tăng tải phải nằm trong giới hạn cho phép. Do cấu trúc của mạng điện không thay đổi dẫn đến tổn thất điện năng của mạng phân phối điện tăng lên. Nếu muốn giảm tổn thất điện năng, các biện pháp thƣờng đƣợc sử dụng bao gồm: Đặt tụ bù tại các vị trí thích hợp, cải tạo lại lƣới điện… Các phƣơng pháp này cho thấy phải chi phí nhiều vốn đầu tƣ mà hiệu quả giảm tổn thất lại không đáng kể. Vì vậy, khi tải tăng trong giới hạn cho phép của mạng phân phối, ta có thể sử dụng phƣơng pháp tái cấu trúc để làm giảm tổn thất trên đƣờng dây.

Có rất nhiều phƣơng pháp để tái cấu trúc lƣới phân phối, nhƣ Phƣơng pháp cổ điển cho kết quả chính xác tuy nhiên lại không dùng đƣợc trong mạng phân phối thực tế do không gian thực nghiệm lớn sẽ mất nhiều thời gian cho việc tìm kiếm cấu trúc tối ƣu. Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, các thiết bị điện ngày càng đòi hỏi nguồn điện cung cấp phải đảm bảo về chất lƣợng. Vấn đề đặt ra cho các Công ty sản xuất và kinh doanh điện là làm sao vừa đảm bảo đáp ứng đƣợc các vấn đề nêu trên, vừa đảm bảo lợi ích kinh tế cao nhất của nhà sản xuất, vừa đảm bảo tính cạnh tranh trong điều kiện nguồn lực tài chính có hạn. Trong khi đó chiều dài, phụ tải của lƣới điện phân phối phát triển một cách nhanh chóng kể cả ở khu vực thành thị lẫn nông thôn, miền núi dẫn đến công suất đỉnh chỉ xảy ra tại vài giờ trong ngày, lƣới điện bị sụt áp, tổn thất truyền tải trên đƣờng dây tăng, chi phí sản xuất điện tăng theo.

Đã có nhiều giải pháp kỹ thuật đƣợc đƣa ra, nhƣ là nâng công suất các trạm trung gian, lắp đặt các hệ thống tụ bù, nâng tiết diện dây dẫn, lắp đặt các thiết bị FACTS, lắp đặt công tơ 3 giá cho khách hàng nhƣng cũng chỉ giải quyết đƣợc một phần vấn đề trên. Tái cấu trúc lƣới điện phân phối và tối ƣu vị trí máy phát điện phân tán là một trong những giải pháp để giải quyết vấn đề đã đặt ra, nhiều nhà nghiên cứu đã tiến hành nghiên cứu và thực nghiệm với nhiều phƣơng pháp khác nhau để đi đến tối ƣu nhất về kết cấu lƣới điện và vị trí đặt máy phát điện phân tán trên lƣới điện phân phối. HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 1 Luan van Luận văn thạc sĩ PGS. Trƣơng Việt Anh Lƣới điện phân phối có đặc điểm là vận hành phức tạp, kết cấu hình tia, hình xƣơng cá, mạch kín nhƣng thƣờng vận hành hở, phụ tải phân bố và phát triển ít theo quy hoạch nên việc tính toán để xác định vị trí, dung lƣợng của các DG là khá phức tạp.

Vì vậy việc tìm các phƣơng pháp, giải thuật để giải quyết vấn đề đặt ra là cần thiết, đảm bảo sao cho bài toàn tính toán đơn giản nhất, nhanh nhất và có kết quả tốt nhất đối với điều kiện đã đƣợc đặt. Vấn đề đã đƣợc sự quan tâm của rất nhiều các nhà khoa học, nhà nghiên cứu, các nghiên cứu sinh và các tổ chức. 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. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nguồn điện phân tán sẽ mang lại nhiều hiệu quả khi áp dụng trên lƣới điện phân phối.

Nguồn điện từ các DG sẽ góp phần giảm bớt gánh nặng công suất vào giờ cao điểm, giảm tổn thất trên đƣờng dây, cải thiện chất lƣợng điện năng, nâng cao độ tin cậy và thân thiện với môi trƣờng (đối với năng lƣợng tái tạo). Nó còn góp phần vào việc giảm áp lực đầu tƣ cải tạo lƣới điện hiện hữu, giảm chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành, đáp ứng tốt về khả năng dự phòng cho hệ thống và có thời gian ngắn trong việc đáp ứng nhu cầu cục bộ của từng vùng miền, đặc điểm riêng của phụ tải. Do đó, các công ty điện lực và các DG có sẵn hoặc lắp đặt thêm các DG để hỗ trợ cho hệ thống điện của họ, giảm công suất điện mua từ hệ thống truyền tải, 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 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. HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 2 Luan van Luận văn thạc sĩ PGS. Trƣơng Việt Anh 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 lƣới điện phân phối khi nó vận hành song song là rất thấp. Vì vậy, các DG thƣờng đƣợc kết nối trực tiếp với lƣới điện phân phối trung áp/ hạ áp. Sử dụng DG trong lƣới điện phân phối sẽ mang lại một số lợi ích sau: 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… - Về phía điện lực: Giảm tải trên đƣờng dây truyền tải; Giảm tải trên lƣới phân phối; Bình ổn giá điện; Giảm tổn hao công suất trên đƣờng dây; Giảm chi phí vận hành; - Về phía ngƣời tiêu dùng: Cải thiện chất lƣợng điện; Bình đẳng trong quyền lợi; Cải thiện độ tin cậy. - Về mặt thƣơng mại: Tạo một thị trƣờng điện có tính cạnh tranh; Cung cấp các dịch vụ khác nhƣ: công suất phản kháng, công suất dự phòng.

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 kỹ 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 trên lƣới điện 22kV trong thị trƣờng cạnh tranh bằng giải thuật lai”.

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. HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 3 Luan van Luận văn thạc sĩ PGS. Trƣơng Việt Anh 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. Giải pháp xác định vị trí và công suất máy phát điện phân tán tối ƣu và xác định cấu trúc vận hành đƣợc thực hiện riêng rẽ bằng hai giai đoạn sử dụng thuật toán di truyền.

Trong đó hai giai đoạn, giai đoạn thứ nhất sử dụng thuật toán di truyền xác định vị trí và công suất tối ƣu của các máy phát phân tán trên lƣới điện phân phối kín, giai đoạn thứ hai, PSO đƣợc sử dụng để xác định cấu trúc vận hành hở tối ƣu của hệ thống. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài - Nghiên cứu việc giảm tổn thất công suất trên lƣới phân phối khi có kết nối DG vào lƣới điện phân phối. - 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 nhằm giảm tổn thất công suất. - Áp dụng giải thuật vào 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. - Sử dụng giải thuật PSO để giải bài toán khi có DG kết nối vào lƣới điện phân phối với mục tiêu là giảm thiểu tổn thất công suất. Điểm mới của đề tài - Xây dựng hàm mục tiêu giải quyết vấn đề giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi có kết nối DG vào lƣới điện phân phối.

- Áp dụng giải thuật PSO tìm vị trí và dung lƣợng tối ƣu khi kết nối DG trên lƣới điện phân phối. HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 4 Luan van Luận văn thạc sĩ PGS. Trƣơng Việt Anh 1. Giá trị thực tiễn của đề tài - Cung cấp một giải thuật lai tìm vị trí và dung lƣợng tối ƣu để lắp đặt DG nhằm giảm thiểu tổn thất trên lƣới điện phân phối.

- 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 phân phối khi có kết nối DG. Bố cục Đề tài dự kiến gồm 5 chƣơng Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 3: Xác định vị trí và công suất nguồn phân tán trong lƣới điện phân phối Chƣơng 4: Ví dụ kiểm tra Chƣơng 5: Kết luận Tài liệu tham khảo HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 5 Luan van Luận văn thạc sĩ PGS. Trƣơng Việt Anh CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.