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 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 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 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 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 Luận văn thạc sĩ PGS. Trƣơng Việt Anh CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.
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.