Đặt vấn đề Điện là một dạng năng lượng đặc biệt, vì năng lượng điện không thể dễ dàng tích trữ với lượng lớn, nhưng nhu cầu phụ tải đòi hỏi phải đáp ứng công suất tại mọi thời điểm. Điều này đòi hỏi các Nhà quy hoạch năng lượng, các công ty sản xuất và kinh doanh điện phải tính toán đến các giải pháp tối ưu việc truyền tải, phân bố công suất trên hệ thống lưới điện [1-7]. Nhu cầu tiêu thụ năng lượng điện tăng một cách nhanh chóng trên tất cả mọi lĩnh vực, từ nhu cầu thiết yếu của đời sống xã hội đến nhu cầu để phát triển kinh tế, xã hội, khoa học công nghệ của các quốc gia, và kể cả việc để đảm bảo tốt an ninh chính trị thì an ninh năng lượng điện cũng được đặt lên hàng đầu. Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, các thiết bị sử dụng điện (đặc biệt là các thiết bị công nghệ cao) ngày càng đòi hỏi nguồn điện cung cấp phải đảm bảo về chất lượng.
Vấn đề đặt ra cho các Công ty sản xuất và kinh doanh điện là làm sao vừa đảm bảo đáp ứng được 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 lưới 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, lưới điện bị sụt áp, tổn thất truyền tải trên đường dây tăng, chi phí sản xuất điện tăng theo [16,17]. Đã có nhiều giải pháp kỹ thuật được đưa ra, như 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 nhưng cũng chỉ giải quyết được một phần vấn đề trên. Tái cấu trúc lưới điện phân phối và tối ưu 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 phương pháp khác HVTH: Nguyễn Anh Xuân 1 Luan van nhau để đi đến tối ưu nhất về kết cấu lưới điện và vị trí đặt máy phát điện phân tán trên lưới điện phân phối.
Lưới điện phân phối có đặc điểm là vận hành phức tạp, kết cấu hình tia, hình xương cá, mạch kín nhưng thường vận hành hở, phụ tải phân bố và phát triển ít theo quy hoạch nên việc tính toán để xác định vị trí, dung lượng của các DG là khá phức tạp. Vì vậy việc tìm các phương 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 được đặt. Vấn đề đã được 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 đường dây hoặc lắp đặt thêm các trạm biến áp, đường 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 tư lớn.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nguồn điện phân tán sẽ mang lại nhiều hiệu quả khi áp dụng trên lưới 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 đường dây, cải thiện chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy và thân thiện với môi trường (đối với năng lượng tái tạo). Nó còn góp phần vào việc giảm áp lực đầu tư cải tạo lưới 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 đường 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 lượng tái tạo sẵn có thân thiện với môi trường như thủy năng, phong năng, quang năng. công nghệ DG rất HVTH: Nguyễn Anh Xuân 2 Luan van 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. [8-12] 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 hưởng đến lưới điện phân phối khi nó vận hành song song là rất thấp. Vì vậy, các DG thường được kết nối trực tiếp với lưới điện phân phối trung áp/ hạ áp. Sử dụng DG trong lưới điện phân phối sẽ mang lại một số lợi ích sau: giảm tải trên lưới điện, giảm tổn hao công suất và chi phí vận hành trên mạng điện, cải thiện chất lượng điện và độ tin cậy, bình ổn giá điện, cung cấp các dịch vụ hỗ trợ… - Về phía điện lực: Giảm tải trên đường dây truyền tải; Giảm tải trên lưới phân phối; Bình ổn giá điện; Giảm tổn hao công suất trên đường dây; Giảm chi phí vận hành; - Về phía người tiêu dùng: Cải thiện chất lượng điện; Bình đẳng trong quyền lợi; Cải thiện độ tin cậy. - Về mặt thương mại: Tạo một thị trường điện có tính cạnh tranh; Cung cấp các dịch vụ khác như: công suất phản kháng, công suất dự phòng.
Khi lưới 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 lưới điện, dung lượng cần truyền tải, giá điện mua từ hệ thống và từ các DG và các yêu cầu về tác động môi trường và sinh thái. để đưa ra các phương án thay đổi cấu trúc lưới 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 lưới điện phân phối trong trường hợp có các DG, đề tài sẽ đề cập đến các phương pháp có liên quan đến vấn đề “Xác định vị trí, dung HVTH: Nguyễn Anh Xuân 3 Luan van lượng máy phát điện phân tán trên lưới điện phân phối”.
Kết quả của bài toán sẽ góp phần hỗ trợ cho các công ty điện lực địa phương trong công tác vận hành lưới điện phân phối. Luận văn này tiếp cận bài toán xác định vị trí và công suất máy phát điện phân tán trên lưới điện phân phối có xét đến cấu trúc vận hành lưới 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 ưu và xác định cấu trúc vận hành được 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 ưu của các máy phát phân tán trên lưới điện phân phối kín, giai đoạn thứ hai, giải thuật di truyền được sử dụng để xác định cấu trúc vận hành hở tối ưu của hệ thống [18].
Các nghiên cứu liên quan đã công bố Đã có nhiều NCKH về bài toán tái cấu hình LĐPP giảm tổn thất có kết nối DG hoặc không có kết nối DG cố định. Phương pháp giải chủ yếu: Merlin và Back [3]. Họ giải quyết bài toán thông qua kỹ thuật heuristic rời rạc nhánh-biên. Civanlar et al.
[4] đề xuất một phương pháp trao đổi nhánh. phương pháp meta-heuristic: GA, PSO, CSA mới đã được đề xuất để giải quyết vấn đề tối ưu hóa để có được một giải pháp tối ưu toàn cục. Xét vị trí và dung lượng DG trên bài toán LĐPP hình tia, không xét sự biến đổi cấu hình của LĐPP. Xét cả hai vấn đề cùng lúc: tích hợp cả hai bài toán tái cấu hình và vị trí và dung lượng DG để nâng cao hiệu quả của mạng lưới phân phối.
Các tác giả Trương Quang Đăng Khoa, Phan Thị Thanh Bình, Hồng Bảo Trân trường Đại học Bách Khoa TP. HCM đã nghiên cứu đề tài “Xác định dung lượng và vị trí của máy phát phân bố (DG) tối ưu tổn thất lưới phân phối” [6]. Nghiên cứu sử dụng phương pháp điểm trong để xác định vị trí và dung lượng của DG nhằm tối ưu tổn thất lưới phân phối, kết quả áp dụng trên lưới 10 nút và lưới 42 nút đạt được khá HVTH: Nguyễn Anh Xuân 4 Luan van tốt. Kết quả tính toán cho thấy vị trí đặt DG tối ưu là tại nút có công suất tải tiêu thụ lớn nhất trong lưới phân phối.
Độ giảm tổn hao trên lưới phân phối sau khi có DG so với trước khi có DG nhiều hay ít phụ thuộc vào lượng công suất phát ra của DG. Sự tham gia của DG vào hệ thống phân bố sẽ đạt được một số lợi ích về mặt kỹ thuật như: giảm tổn hao đường dây, cải thiện chỉ số điện áp, nâng cao chất lượng điện năng, tăng độ tin cậy trong việc truyền tải và phân phối,v. Các tác giả Lê Kim Hùng – Đại học Đà Nẵng, Lê Thái Thanh – Điện lực Phú Yên đã công bố nghiên cứu “Tối ưu hóa vị trí đặt và công suất phát của nguồn phân tán trên mô hình lưới điện phân phối 22kV” [7]. Bài báo mô tả cách sử dụng giải thuật di truyền để tìm ra vị trí đặt và công suất phát tối ưu của nguồn phân tán trên mô hình lưới điện phân phối 22kV.
Tổn thất công suất được cực tiểu hóa trong khi dạng điện áp đường dây được cải thiện tốt hơn. Nghiên cứu áp dụng trên lưới điện 20 nút kết quả đạt dược như sau: + Tổng công suất phát của DG là 5,4 +j2,7 (MVA). + Vị trí kết nối: 7, 8, 17, 20, 21.