Xây dựng giải thuật và dung lượng trạm biến áp 220,4kv cấy mới để giảm tổn thất công suất tác dụng trên lưới 0,4kv luận văn thạc sĩ

Mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối đòi hỏi phải có nhiều giải pháp đồng bộ, trong đó có cả các biện pháp quản lý, hành chính nhằm giảm cả tổn thất thương mại, sau đây xin gi

Hình 2 1 Lưới điện phân phối đơn giản 6

Hình 2 2 Lưu đồ cho việc chọn địa điểm trạm 14

Hình 3 1 Lưới điện kín và hở 31

Hình 3 2 Sơ đồ thực tế của 3 nhóm phụ tải 33

Hình 3 3 Lưu đồ giải thuật đề nghị 36

Hình 4 1 Mạng 1 nguồn có 7 nhánh 37

Hình 4 2 Dòng điện trên các nhánh của lưới điện 38

Hình 4 3 Cấu hình lưới điện khi vận hành kín 39

Hình 4 4 Lưới điện khi vận hành hình tia, khóa mở 8-9 40

Hình 4 5 Cấu hình lưới khi tính bằng TOPO 40

Hình 4 6 Lưới điện được mở rộng đặt thêm trạm ở nút số 9 42

Hình 4 7 Vận hành lưới điện kín 42

Hình 4 8 Vận hành với 2 khóa mở mới là khóa 4-5 và 12-13 43

Hình 4 9 Lưới điện khi có thêm trạm biến áp sau khi chạy TOPO 44

Hình 4 10 Một phần lưới điện hạ thế Trảng Dài 48

Hình 4 11 Sơ đồ vận hành lưới điện Trảng Dài hiện hữu 51

Hình 4 12 Cấu hình lưới sau khi tái cấu hình 52

Hình 4 13 Lắp đặt thêm trạm vào khu vực 1 53

Hình 4 14 Tái cấu hình sau khi lắp đặt thêm trạm vào khu vực 1 54

Hình 4 15 Lắp đặt trạm vào khu vực 2 55

Hình 4 16 Tái cấu hình sau khi lắp đặt trạm vào khu vực 2 56

Hình 4 17 Lắp đặt trạm vào khu vực 3 57

Hình 4 18 Tái cấu hình sau khi lắp đặt trạm vào khu vực 3 58

Bảng 2 1 Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới 8

Bảng 2 2 Đặc tính của địa điểm đặt trạm biến áp 13

Bảng 2.3 Bảng giá thành san lấp đất và độ dốc với nhiều loại đất khác nhau 15

Bảng 4 1 Số liệu của phụ tải 37

Bảng 4 2 Tổn thất công suất của lưới điện khi vận hành bình thường 38

Bảng 4 3 Dòng điện tính toán khi đóng khóa điện 5-6, đường dây 7-6 39

Bảng 4 4 Tổn thất công suất khi vận hành với khóa mở 8-9, đường dây 7-8 41

Bảng 4 5 Tổn thất công suất khi có trạm biến áp mới trong lưới điện 43

Bảng 4 6 Tóm tắt các trường hợp của lưới điện 15 nút 45

Bảng 4 7 Số liệu của phụ tải 45

Bảng 4 8 Tổn thất công suất của lưới điện khi vận hành bình thường 49

Bảng 4 9 Tóm tắt các trường hợp của lưới điện Trảng Dài 59

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Nội dung nghiên cứu 3

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 4

1.4 Phạm vi nghiên cứu 4

1.5 Phương pháp giải quyết bài toán 4

1.6 Điểm mới của đề tài 4

1.7 Giá trị thực tiễn của đề tài 4

1.8 Bố cục của chuyên đề 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1 Lưới điện phân phối 5

2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối 5

2.1.2 Vận hành hở lưới điện phân phối 6

2.1.3 Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối ở góc độ vận hành 7

2.1.4 Thực trạng lưới phân phối 8

2.2 Trạm biến áp 11

2.2.1 Các trạm biến áp 11

2.2.2 Vai trò trạm biến áp trong hệ thống điện 11

2.2.3 Vị trí trạm biến áp 12

2.2.4 Địa điểm đặt trạm biến áp 12

2.2.5 Diện tích khả dụng 14

2.2.6 Địa hình, địa thế 14

2.2.8 Lối ra, vào trạm 16

2.3 Các phương pháp tái cấu hình lưới điện [3] 16

2.3.1 Giới thiệu 16

2.3.2 Mô hình toán học của DNRC: 18

2.3.3 Phương pháp Heuristic [5] 19

2.3.3.1 Phương pháp trao đổi nhánh đơn giản 19

2.3.3.2 Mô hình dòng chảy tối ưu 19

2.2.4 Phương pháp tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method [6] 20

2.4 Các phương pháp xác định tổn thất công suất [7]–[11] 22

2.4.1 Phương pháp xác định theo τ 22

2.4.2 Phương pháp xác định theo τp và τq 24

2.4.3 Tính bằng phương pháp 2τ 24

2.4.4 Phương pháp hệ số phụ tải [12] 25

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT 27

3.1 Giới thiệu 27

3.1.1 Đánh giá mức độ cân bằng pha trên lưới điện 27

3.1.2 Đánh giá mức độ giảm điện trở đơn vị 28

3.1.3 Tái cấu hình lưới 28

3.1.4 Tăng điện áp vận hành 28

3.1.5 Xây dựng thêm nối tuyến 29

3.1.6 Bù công suất phản kháng 29

3.1.7 Cấy thêm trạm biến áp 29

3.2 Phương pháp đề xuất 29

CHƯƠNG 4: VÍ DỤ KIỂM TRA 37

4.1 Lưới điện 7 nhánh, 1 nguồn 37

4.2 Lưới điện P Trảng Dài – Biên Hòa – Đồng Nai 45

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Với tốc độ tăng trưởng của phụ tải cao nên lưới điện thường xuyên phải đối mặt với tình trạng quá tải và điện áp thấp, ngoài ra trong những năm gần đây ngành điện lại đang tiếp nhận hệ thống lưới điện nông thôn, trong điều kiện địa bàn cấp điện rộng, địa hình phức tạp, phân bố phụ tải không đồng đều giữa các vùng, thời tiết diễn biến phức tạp, lưới điện cũ nát, tồn tại nhiều cấp điện áp trung áp (35, 22,

10, 6 kV), tốc độ tăng trưởng phụ tải cao (từ 2001- 2014 tăng trưởng trung bình xấp

xỉ 14%/năm), biểu đồ phụ tải xấu (chênh lệch công suất giữa cao điểm và thấp điểm ngày lên đến 50 - 60%), các phụ tải công nghiệp có yêu cầu rất khắt khe về độ ổn định cung cấp điện và chất lượng điện năng Sự mất cân đối giữa tăng trưởng phụ tải và đầu tư cải tạo lưới điện trong nhiều năm qua (kể cả lưới điện truyền tải) là vấn đề mà ngành điện đang phải đối diện dẫn đến tổn thất điện năng lớn, sự cố nhiều và độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện thấp Một số giải pháp nhằm giảm tổn thất trên lưới phân phối Mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối đòi hỏi phải có nhiều giải pháp đồng bộ, trong đó có cả các biện pháp quản lý, hành chính nhằm giảm cả tổn thất thương mại, sau đây xin giới thiệu một số biện pháp nhằm giảm tổn thất như sau:

+ Biện pháp quản lý kỹ thuật - vận hành: Không để quá tải đường dây, máy biến áp, thường xuyên theo dõi các thông số vận hành lưới điện, tình hình tăng trưởng phụ tải để có kế hoạch vận hành, cải tạo lưới điện, hoán chuyển máy biến

áp đầy, non tải một cách hợp lý, không để quá tải đường dây, quá tải máy biến áp trên lưới điện Đảm bảo vận hành phương thức tối ưu: Thường xuyên tính toán kiểm tra đảm bảo phương thức vận hành tối ưu trên lưới điện Đảm bảo duy trì điện

áp trong giới hạn cao cho phép theo quy định hiện hành và khả năng chịu đựng của thiết bị Kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện ở tình trạng vận hành tốt.Thực hiện kiểm tra bảo dưỡng lưới điện đảm bảo các tiêu chuẩt kỹ thuật vận hành Thực hiện tốt công tác quản lý kỹ thuật vận hành ngăn ngừa sự cố: Đảm bảo lưới điện không bị sự cố

để duy trì kết dây cơ bản có TTĐN thấp Thực hiện vận hành kinh tế máy biến áp: Đối với các khách hàng có TBA chuyên dùng mà tính chất của phụ tải hoạt động theo mùa vụ, đơn vị kinh doanh bán điện phải vận động, thuyết phục khách hàng

lắp đặt thêm MBA có công suất nhỏ riêng phù hợp phục vụ cho nhu cầu này hoặc cấp bằng nguồn điện hạ thế khu vực nếu có điều kiện để tách MBA chính ra khỏi vận hành Hạn chế các thành phần không cân bằng và sóng hài bậc cao: Thực hiện kiểm tra đối với khách hàng gây méo điện áp trên lưới điện Trong điều kiện gây ảnh hưởng lớn đến méo điện áp, yêu cầu khách hàng phải có giải pháp khắc phục + Đảm bảo phụ tải đúng với từng đường dây, từng khu vực Giảm tổn thất điện năng luôn là mục tiêu quan trọng của các đơn vị Điện lực, vì vậy ngoài các biện pháp và giải pháp truyền thống thì việc tiếp cận và làm chủ công nghệ cũng là biện pháp đang đem lại hiệu quả giúp nâng cao năng lực cho công tác giám sát và vận hành lưới điện để giảm tổn thất

Hiện nay có nhiều biện pháp để giảm tổn thất công suất trong quá trình phân phối điện năng như: bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, hoặc tăng tiết diện dây dẫn Tuy nhiên, các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị khi thực hiện Mục tiêu đặt ra là giảm tổn thất công suất, cấy thêm trạm biến áp kết hợp với tái cấu trúc hình lưới điện phân phối phù hợp còn có thể nâng cao chất lượng điện, hạn chế sụt áp ở cuối đường dây và giảm thiểu rủi ro cho các hộ tiêu thụ điện khi

có sự cố mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa, bảo đưỡng đường dây

Trong khi đó, biện pháp tái cấu hình lưới thông qua việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khoá điện có sẵn trên lưới kết hợp với việc cấy thêm trạm biến áp nhằm mở rộng lưới phối khi phụ tải tăng dần cũng có thể giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng công suất giữa các tuyến dây và đáp ứng với việc phụ tải tăng dần mà không cần nhiều chi phí để cải tạo toàn bộ lưới điện và từ đó lựa chọn hình lưới vận hành trong một thời gian dài để vận hành nhằm mang lại tính khả thi về kỹ thuật và mang lại lợi ích kinh kế Ngoài mục tiêu giảm tổn thất công suất, cấy thêm trạm biến áp kết hợp tái cấu trúc lưới điện phân phối phù hợp còn có thể nâng cao khả năng mang tải của lưới điện, làm giảm sụt áp cuối đường dây và giảm thiểu rủi ro cho một số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây

Trong thực tế việc mở rộng lưới điện thông qua cấy thêm trạm là việc lựa chọn

vị trí để cấy thêm trạm biến áp cần phải thực hiện thỏa mãn về các yêu cầu kỹ thuật ràng buộc về điện áp, dòng điện, độ tin cậy, thuận lợi về thi công, tính khả thi của

việc mở rộng… Trong khi đó, việc tái cấu hình lưới điện trong điều kiện phải thoả mãn các ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khoá điện trên lưới điện phân phối là điều

vô cùng khó khăn đối với các điều độ viên Do đó, để kết hợp việc tái cấu hình có xem xét đến cấy thêm trạm biến áp luôn cần một phương pháp đề xuất phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và cần có một giải thuật đủ mạnh để kết hợp việc cấy thêm trạm biến áp kết hợp với tái cấu trúc lưới nhằm đạt được mục tiêu giảm tổn thất công suất trong lưới điện phân phối Do đó, việc xây dựng một giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất khi các phụ tải thay đổi nhằm mang lại hiệu quả kinh tế của lưới điện Việt Nam Trên cơ sở những kết quả của các công trình được nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài:

Như vậy, việc tìm ra vị trí cấy trạm kết hợp với tái cấu hình lưới điện phân phối bằng giải thuật tái cấu hình nhằm tìm ra cấu hình tốt nhất với mục tiêu tổn thất công suất là bé nhất cũng như mang lại các lợi ích khác như có thể nâng cao khả năng mang tải của lưới điện, làm giảm sụt áp cuối đường dây và giảm thiểu rủi ro cho một số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây Trên cơ

sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài “Xây

dựng giải thuật và dung lượng trạm biến áp 22/0,4kv cấy mới để giảm tổn thất công suất tác dụng trên lưới 0,4kv”, với mục đích nghiên cứu, áp dụng thuật toán nhằm

để lưới điện phân phối vận hành với tổn thất công suất là bé nhất nhằm mang lại lợi ích cho Công ty quản lý lưới điện nói riêng và ngành điện nói chung

1.2 Nội dung nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là chọn một giải thuật phù hợp nhằm với vị trí, dung lượng phù hợp để cấy thêm trạm biến áp với tổn thất công suất là bé nhất

 Tìm hiểu các nội dung cơ bản về lưới điện phân phối, lưới điện hạ thế, trạm biến áp

 Tìm hiểu về các giải thuật tái cấu hình lưới điện kết hợp với việc chọn vị trí

và dung lượng cấy trạm biến áp

Đề xuất phương pháp giải quyết bài toán

 Kiểm tra trên lưới phân phối cụ thể trên phần mềm PSS- ADAP để kiểm chứng

1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu việc: Đề xuất vị trí và dung lượng trạm biến

áp cấy vào lưới điện nhằm giảm tổn thất trên lưới điện hạ thế

1.4 Phạm vi nghiên cứu

- Vị trí và dung lượng của trạm biến áp

- Thuật toán tái cấu hình

- Đề xuất phương pháp giải quyết bài toán

- Sử dụng phần mềm PSS- ADEPT kiểm chứng

1.5 Phương pháp giải quyết bài toán

- Khảo sát một lưới điện

- Đề xuất các phương án giải quyết bài toán

1.6 Điểm mới của đề tài

- Đề xuất giải thuật

- Áp dụng kiểm tra trên lưới điện

1.7 Giá trị thực tiễn của đề tài

- Cung cấp một phương pháp cấy thêm trạm biến áp có xét đến tái cấu hình lưới điện

- Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu

1.8 Bố cục của chuyên đề

Đề tài gồm 5 chương

Chương 1 : Mở đầu

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết

Chương 3 : Phương pháp đề xuất

Chương 4 : Ví dụ kiểm tra

Chương 5 : Kết luận

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Lưới điện phân phối

2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Hệ thống điện phân phối là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạm biến thế trung gian đến khách hàng Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay mạch tia, còn các đường dây phân phối điện luôn được vận hành hở trong mọi trường hợp Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại 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 đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố Việc khôi phục lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện nằm trên các mạch vòng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khoá điện Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau và các phụ tải này được phân bố không đồng đều giữa các đường dây Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa Vì vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối [1]

Để giảm tổn thất điện năng và chống quá tải trên đường dây, các điều độ viên

sẽ thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên lưới Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khoá điện sẽ được lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này vừa có thể giảm chi phí vận hành và vừa giảm tổn thất điện năng Hay nói cách khác, hàm mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành bao gồm cả chi phí chuyển tải và tổn thất điện năng

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:

- Cấu trúc vận hành hở

- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện trong phạm vi sụt áp cho phép

- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp

- Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải

Hình 2.1 mô tả một lưới điện phân phối đơn giản gồm có 2 nguồn và nhiều khoá điện Khoá SW1, SW5 và RC3 ở trạng thái mở để đảm bảo lưới điện vận hành hở Các đoạn tải LN2 và LN6 nằm ở cuối lưới của nguồn điện SS2 Để cải thiện chất lượng điện năng ở cuối lưới, bộ tụ bù được lắp giữa LN4 và SW2 và máy biến thế điều áp được lắp giữa LN3 và LN9 Tất nhiên, các thiết bị này đều có thể được vận hành ở chế độ thông số không đổi trong thời gian vận hành hay thông số thay đổi bằng cách điều khiển từ xa hay tại chỗ

Hình 2 1 Lưới điện phân phối đơn giản Khi vận hành hệ thống điện phân phối như Hình 2.1, có thể giảm tổn thất điện năng bằng cách chuyển một số tải từ nguồn SS2 sang nguồn SS1, ví dụ: đóng RC3

và mở SW2 để chuyển các đoạn tải LN5 và LN6 từ nguồn SS2 sang SS1 Việc phân tích lựa chọn các cách chuyển tải này là nội dung của các giải thuật tái cấu trúc lưới Trên lưới điện phân phối thực tế có hàng trăm khoá điện, việc tìm ra cách chuyển tải tốt nhất trong tổ hợp các khoá điện khi chuyển tải sẽ cần một thời gian rất dài và còn phải xem xét đến các điều kiện ràng buộc kỹ thuật Vì vậy cần thiết phải có một giải thuật tái cấu trúc lưới để có thể nhanh chóng tìm ra cấu trúc vận hành tốt nhất cho lưới điện theo các mục tiêu điều khiển

2.1.2 Vận hành hở lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối thường được vận hành hở vì lưới phân phối có các nét đặc trưng như sau [2]:

- Số lượng phần tử như lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lưới phân phối nhiều hơn lưới truyền tải từ 5-7 lần nhưng mức đầu tư chỉ hơn từ 2-2.5 lần

RC3 SW3

SW1 RC1

- 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 đoạn cung cấp điện ở lưới điện phân phối gây ra cũng ít hơn so với sự cố của lưới điện truyền tải

Do những nét đặc trưng trên, lưới điện phân phối cần vận hành hở dù có cấu trúc mạch vòng vì các lý do như sau:

- Tổng trở của lưới 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 cắt ngắn mạch bé, nên mức đầu tư giảm đáng kể

- Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại relay đơn giản rẻ tiền như relay quá dòng, thấp áp… mà không nhất thiết phải trang bị các loại relay phức tạp như định hướng, khoảng cách, so lệch… nên việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn, nên mức đầu tư cũng giảm xuống

- Chỉ cần dùng cầu chì tự rơi (FCO) hay cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải (LBFCO)

để bảo vệ các nhánh rẽ hình tia trên cùng một đoạn trục và phối hợp với Recloser để tránh sự cố thoáng qua

- Khi sự cố, do vận hành hở, nên sự cố không lan tràn qua các phụ tải khác

- Do được vận hành hở, nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến dây dễ dàng hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố

- Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương án kinh tế là các lưới hình tia

2.1.3 Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối ở góc độ vận hành

Các bài toán vận hành lưới điện phân phối mô tả các hàm mục tiêu tái cấu trúc lưới điện như sau:

- Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất

- Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất điện năng bé nhất

- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công suất bé nhất

- Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện

- Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa

- Bài toán 6: Xác định cấu trúc lưới theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng đồng thời xảy ra (đây là hàm đa mục tiêu)

Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của một lưới điện phân phối cực tiểu tổn thất năng lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện kỹ thuật vận hành luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện Bảng 2.1 trình bày phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc theo đặc điểm lưới điện phân phối

Bảng 2 1 Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới

Khoá điện được điều khiển từ xa   

Chi phí chuyển tải thấp, không mất

Chi phí chuyển tải cao, mất điện

Lưới điện thường xuyên bị quá tải   

Lưới điện hầu như không quá tải    

2.1.4 Thực trạng lưới phân phối

Hiện nay, lưới phân phối hiện nay của Việt Nam có nhiều cấp điện áp khác nhau, chi phí chuyển tải lớn và phải cắt điện khi chuyển tải vì:

- Do lịch sử phát triển, ở mỗi miền đất nước có nhiều cấp điện áp phân phối và giữa các miền các cấp điện này cũng khác nhau (6.6, 10, 15, 22, 35 kV)

- Recloser và máy cắt có tải (LBS) không được điều khiển từ xa và có số lượng không đáng kể nên chí phí đóng/cắt lớn và thời gian chuyển tải lâu

- Các tổ đấu dây của máy biến áp tại các trạm trung gian không thống nhất, nên phải cắt điện khi chuyển tải, điều này làm gián đoạn việc cung cấp điện và gây khó chịu cho khách hàng sử dụng điện

Việc chuyển tải chỉ xảy ra khi:

- Chống quá tải đường dây, trạm biến áp trung gian ở những nơi phụ tải phát triển nhanh, vào giờ cao điểm hay khi có công tác sửa chữa các mạch vòng truyền tải

- Tái cấu trúc lưới khôi phục cung cấp điện sau khi cô lập sự cố hay sửa chữa, cải tạo đường dây và trạm biến áp theo định kỳ

Vì các khó khăn trên, mục tiêu vận hành lưới điện phân phối phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay có thể đề nghị như sau:

- Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất

điện năng bé nhất – bài toán 2

- Tái cấu trúc lưới điện chống quá tải, cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện–bài toán 4

- Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa – bài toán 5

- Xác định cấu trúc lưới theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất, mức

độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng

đồng thời xảy ra – bài toán 6: hàm đa mục tiêu

Để giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới thống điện phân phối, trước tiên phải xây dựng hàm mục tiêu Ví dụ mục tiêu là cực tiểu hóa tổn thất công suất trên toàn hệ thống Vấn đề tái cấu trúc hệ thống cũng tương tự như việc tính toán phân bố công suất tối ưu Tuy nhiên, tái cấu trúc yêu cầu một khối lượng tính toán lớn do có nhiều biến số tác động đến các trạng thái khóa điện và điều kiện vận hành như: Lưới điện phân phối phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đường dây, thiết bị đóng cắt… và sụt áp tại hộ tiêu thụ trong phạm vi cho phép Về mặt toán học, tái cấu trúc lưới là bài toán qui hoạch phi tuyến rời rạc theo dòng công suất chạy trên các nhánh, như sau:

Cực tiểu hàm F =  

 

n 1 i

n 1

Với: n : Số nút tải có trên lưới

Cij : Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ij

Dj : Nhu cầu công suất điện tại nút j

DVij : Sụt áp trên nhánh ij

St : Dòng công suất trên đường dây ft

ft : Các đường dây được cung cấp điện từ máy biến áp t

t

 : Có giá trị là 1 nếu đường dây ft làm việc, là 0 nếu đường dây ft

không làm việc Hàm mục tiêu (2-1) thể hiện tổng tổn thất công suất trên toàn lưới phân phối,

có thể đơn giản hoá hàm mục tiêu bằng cách xét dòng công suất nhánh chỉ có thành phần công suất tải và điện áp các nút tải là hằng số Biểu thức (2-2) đảm bảo cung cấp đủ công suất theo nhu cầu của các phụ tải Điều kiện chống quá tải tại trạm trung gian và sụt áp tại nơi tiêu thụ được trình bày qua (2-3) và (2-4) Biểu thức (2-5) đảm bảo rằng các trạm biến thế hoạt động trong giới hạn công suất cho phép, trong khi mạng phân phối hình tia được đảm bảo qua (2-6)

Với mô tả trên, tái cấu trúc hệ thống lưới điện phân phối là bài toán qui hoạch phi tuyến rời rạc Hàm mục tiêu bị gián đoạn, rất khó để giải bài toán tái cấu trúc bằng phương pháp giải tích toán học truyền thống

2.2 Trạm biến áp

2.2.1 Các trạm biến áp

Trạm biến áp là một phần tử quan trọng trong hệ thống điện, dung lượng các trạm biến áp trong toàn hệ thống điện lớn hơn gấp nhiều lần dung lượng các nhà máy điện Các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện phụ thuộc nhiều vào: dung lượng; vị trí; số lượng; phương thức vận hành… của các trạm biến áp

- Theo cấp điện áp ta có các trạm biến áp như sau:

+ Cấp cao áp:

500 kV – dùng cho hệ thống điện quốc gia, nối liền ba miền

220 kV – dùng cho lưới điện truyền tải; lưới điện khu vực

110 kV – dùng cho lưới điện phân phối; cung cấp cho phụ tải lớn

Các lưới điện này đều là lưới điện ba pha trung điểm nối đất trực tiếp + Các trung áp:

22 kV – lưới điện ba pha, trung điểm nối đất trực tiếp

35 kV – lưới điện ba pha, trung điểm cách đất

Dùng cho lưới điện địa phương, cung cấp điện cho các phụ tải vừa và nhỏ hoặc các khu dân cư; dùng làm lưới điện phân phối trong các khu công nghiệp… Do lịch sử để lại, hiện nay nước ta (tại một số địa phương) cấp trung áp còn dùng: 35 kV;

15 kV; 10 kV; 6.6 kV; … Nhưng trong tương lai các cấp điện áp nêu trên sẽ được cải tạo, để dùng thống nhất một cấp: 22 kV hoặc 35 kV

+ Cấp hạ áp:

220/380V – Lưới điện ba pha, trung tính nối đất trực tiếp

110/220V – Lưới điện một pha hai dây và một pha ba dây

- Có thể phân chia trạm biến áp theo hình thức và cấu trúc của trạm biến áp

2.2.2 Vai trò trạm biến áp trong hệ thống điện

Trạm biến áp đóng một vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện, nó làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng từ nơi sản xuất (nhà máy điện) đến nơi tiêu thụ (phụ tải điện) Hầu hết các nhà máy điện đều nằm ở xa nơi tiêu thụ, phụ thuộc vào nguồn thủy năng của thiên nhiên Vấn đề đáng quan tâm là việc truyền tải điện năng từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ gây ra phí tổn công suất rất lớn trên đường truyền

0 0 2

2 2 2

2 2

U

Q P R U

Q P

hạ áp…

2.2.3 Vị trí trạm biến áp

 Gần tâm phụ tải

o Giảm chi phí đầu tư và tổn thất năng lượng

o Giảm chi phí giải toả đền bù

 Đảm bảo tính khả thi

 Thuận lợi cho việc vận chuyển và thi công trạm biến áp

o Đường bộ, đường thuỷ

o Xây dựng đường công vụ ở những nơi chưa mở đường

 Thuận lợi cho việc thiết kế và thi công các lộ vào và ra

o Rất quan trọng với các trạm trong thành phố

 An toàn vận hành

 Có khả năng mở rộng

 Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

o Tiếng ồn, ô nhiễm dầu

o Phòng cháy chữa cháy

o Nhiễm từ

2.2.4 Địa điểm đặt trạm biến áp

Việc chọn lựa địa điểm thích hợp cho trạm là một công việc tổng hợp trên nhiều yếu tố: kỹ thuật, kinh tế, môi trường, quản lý hành chính Lưu đồ hướng dẫn cho việc chọn lựa địa điểm trạm được chỉ ra như Hình 2.2 Vấn đề ở đây là phải chọn lựa được một vị trí có diện tích đủ lớn, nơi mà sẽ được sử dụng để xây dựng trạm, với các

thông số được cho trước như: số mạch, các đường dây đến và dây đi, và công suất danh định của các MBA

Nói chung trên một vùng, thời tiết và độ cao so với mặt nước biển gần như là không đổi, nhưng khả năng xảy ra động đất và mức độ ô nhiễm có thể khác nhau Bước đầu tiên là định vị được vị trí tổng thể, càng chi tiết càng tốt, có không gian đủ lớn, với giá thành hợp lý, thuận tiện cho việc đi lại và không vi phạm hành lang an toàn lưới điện Sẽ thuận lợi hơn nếu vị trí các trạm gần nơi có đường dây đi qua hay giao nhau Trên thực tế có thể không tồn tại những địa điểm lý tưởng như ý muốn, chúng chỉ thỏa mãn được vài điểm trong số các tiêu chuẩn đề ra Những tác dụng và ảnh hưởng của những đặc tính quan trọng nhất của địa điểm được chỉ ra như Bảng 2.2 dưới đây:

Bảng 2 2 Đặc tính của địa điểm đặt trạm biến áp

Yêu cầu thiết kế đặc biệt Tăng khoảng cách an toàn, làm mát phụ trợ

Giá thành đắt Thể tích đất di dời Giá thành thi công móng

Giá thành HT thoát nước Giá thành xây dựng và khi nâng cấp trạm

Giá thành kết nối với thiết bị ngoài trạm và độ tin cậy Giá thành thiết bị ảnh hưởng đến độ tin cậy

Giá thành chuẩn bị địa điểm, giá thành TBĐ cao áp, giá thành thi công XD

Giá thành TBĐ, cấu trúc và thi công móng trạm

Giá thành thiết bị

Diện tích đất

Tiếp tục quan tam

Có hiệu quả

dừng

Tiếp tục quan tam Hợp lý

dừng Giá đất

Địa hình

Tiếp tục quan tam đạt

dừng

Tiếp tục quan tam Không vi phạm

dừng

Tiếp tục quan tam đạt

dừng Xem xét về không

gian và địa lý

Xem xét về không gian và địa lý

Xem xét về không gian và địa lý

Lối ra vào trạm Hành lang đường

dây

Tiếp tục quan tam Tương thích Thực hiện hiệu chỉnh

cần thiết

So sánh giá thành với các phương án chọn địa điểm khác

dừng

Ước tính diện tích

Các vấn đề địa

lý địa chất

Các vùng lân cận

Các điều kiện khác

NO

YES

YES YES YES

YES YES

YES NO

NO YES

YES

YES NO

NO

NO

NO

YES YES

YES YES

2.2.6 Địa hình, địa thế

Khu vực xây trạm phải thuận tiện cho nhiều mục đích khác nhau, từ việc xây lắp, vận chuyển thiết bị, đến việc thuận tiện cho việc đấu nối các ngăn lộ và xuất tuyến, ngoài ra phải có khả năng thoát nước như yêu cầu Để xác định được mặt bằng trạm như yêu cầu là việc làm mất nhiều thời gian và chi phí, vì vậy tốt hơn là tìm được vị trí đủ phẳng và không bị úng ngập trong mọi điều kiện thời tiết

Ngoài ra cần chú ý đến địa hình đồi núi vì có thể phải cần đến một số việc để san lấp mặt bằng và ảnh hưởng của địa hình về không gian Ở các vùng đồi núi, trạm

được đặt càng xa càng tốt những nơi có thể xảy ra tuyết hoặc đất lở, kích thước của trạm có thể bị hạn chế do kinh phí giải quyết các vấn đề về địa hình

Một giải pháp khác để giảm chi phí san lấp mặt bằng là chia trạm làm nhiều phần khác nhau, cách này có thể làm tăng diện tích được san lấp, nhưng vẫn giảm được khối lượng đất di dời Tuy nhiên, khi đó vấn đề khoảng cách giữa các phần của trạm có thể gây nên một số khó khăn về mặt vận hành, kết nối, nhưng cũng có ưu điểm là cho phép đường dây đến từ nhiều hướng khác nhau, và giải quyết được các vấn đề về hành lang an toàn điện

2.2.7 Các tính chất về địa lý và địa chất của đất

Đất khu vực trạm phải cho phép thỏa mãn các yêu cầu về các kết cấu móng trong trạm và xây dựng đường đi cho trạm Áp lực bề mặt nhỏ nhất phải chịu được là

50 kN/m2 Chỉ cần có sự tồn tại của các nhược điểm về địa lý là đủ để loại bỏ phương

án chọn lựa địa điểm trạm

Nếu trạm nằm trên các khu vực có mìn còn vướng lại hiện trường vì nhiều lý do khác nhau, có thể gây nên các sự cố rất nghiêm trọng và những vị trí như vậy cần hết sức tránh

Vấn đề hệ quả do các vấn đề về địa lý và địa chất gây ra Việc so sánh về giá thành được nêu rõ trong Bảng dưới đây Việc đo điện trở đất là việc làm cần thiết trước khi xây lắp Ngoài ra, việc tăng diện tích trạm và tăng cường hệ thống lưới nối đất cũng là những công việc cần thiết

Bảng 2.3 Bảng giá thành san lấp đất (tính trên m3) và độ dốc với nhiều loại đất khác nhau Loại đất Biện pháp xử lý Giá thành xử lý mặt

2.2.8 Lối ra, vào trạm

Với những thiết bị siêu trường, siêu trọng như MBA lực hay kháng điện công suất lớn, việc vận chuyển là vấn đề đáng quan tâm

Với các MBA lực, với kích thước và khối lượng rất lớn, phải có phương án nghiên cứu cụ thể để đảm bảo việc vận chuyển an toàn từ nơi sản xuất đến trạm Phương án vận chuyển thiết bị phải được nghiên cứu trong mọi trường hợp thiết bị đi vào và đi ra khỏi trạm trong suốt thời gian tồn tại của trạm Những vướng mắc nhỏ

có thể giải quyết bằng cách thay đổi loại MBA, hoặc sử dụng phương tiện vận chuyển thích hợp khác hoặc tăng cường cầu đường tạm thời

Trong những trường hợp nan giải, có thể dùng 3 MBA 1 pha thay cho 1 MBA

3 pha, tuy làm tăng số lượng MBA nhưng việc vận chuyển từng MBA 1 pha sẽ dễ dàng hơn Hoặc trong một số trường hợp đặc biệt, việc sửa chữa nâng cấp quãng đường để vận chuyển cũng là việc làm cần thiết Một khía cạnh nữa cũng cần quan tâm là đường đi lối lại cho nhân viên vận hành trạm (đối với trạm có người ĐK) hay

để thuận tiện cho các đội sửa chữa, bảo dưỡng (với những trạm vận hành tự động)

2.3 Các phương pháp tái cấu hình lưới điện [3]

đồ thị của G (N, B) có chứa một tập hợp các nút N và một tập hợp các nhánh B Mỗi

nút đại diện cho một nút nguồn hoặc một nút nơi nhận, trong khi một nhánh đại diện cho một đường nhánh có thể tải (khóa điện đóng) hoặc không tải (khóa điện mở) Do cấu trúc lưới điện hình tia, vì vậy mà các nhánh tạo thành một tập dạng cây mà mỗi nút tải được cung cấp từ duy nhất một nút nguồn Do đó, bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối là tìm ra một cấu hình vận hành hình tia mà tổn thất công suất là bé

nhất trong khi vẫn thỏa mãn các ràng buộc vận hành Trong thực tế, tái cấu hình có

thể được xem như là bài toán xác định một dạng cây tối ưu của đồ thị cho trước

Rất nhiều thuật toán đã được sử dụng để giải bài toán tái cấu hình: phương pháp Heuristic, hệ chuyên gia, tối ưu hóa tổ hợp với các nhánh riêng biệt và phương pháp giới hạn, lập trình tiến hóa hoặc thuật toán di truyền (GA) Năm 1975, Merlin và Back

là những người đầu tiên đề xuất nhánh riêng biệt và phương pháp giới hạn để giảm tổn thất trong một lưới điện phân phối Do tính chất tổ hợp ngẫu nhiên của bài toán,

nó đòi hỏi phải kiểm tra một số lượng lớn các cấu hình cho một hệ thống thực Shirmohammadi và Hong đã cải tiến phương pháp Heuristic đề cập trước đó bởi Merlin và Back Fan và các cộng sự kỹ thuật Heuristic, tìm kiếm đề xuất để khôi phục

hệ thống và cân bằng tải của nhiều nhánh Castro và Franca đề xuất các thuật toán Heuristic điều chỉnh để khôi phục hệ thống và cân bằng tải Các ràng buộc vận hành được kiểm tra thông qua giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp Newton-Raphson Baran và Wu đã trình bày một phương pháp tái cấu hình dựa trên phương pháp trao đổi nhánh để giảm tổn thất và cân bằng tải trong các nhánh Để hỗ trợ việc tìm kiếm, hai phương pháp phân bố công suất tương đối với mức độ chính xác khác nhau được sử dụng Ngoài ra, họ đề xuất một biểu thức đại số mà cho phép ước lượng việc giảm tổn thất cho sự thay đổi cấu hình

Liu và các cộng sự đề xuất một hệ chuyên gia để giải bài toán phục hồi và giảm tổn thất trong hệ thống phân phối Mô hình bài toán tái cấu hình là bài toán tối ưu phi tuyến tổ hợp Để tìm ra giải pháp tối ưu, cần thiết phải xem xét tất cả các cấu trúc cây

có thể được tạo ra do sự đóng mở của các khóa điện hiện có trong mạng Nahman và Strbac trình bày phương pháp Heuristic khác Thuật toán bắt đầu từ một mạng rỗng hoàn toàn, với tất cả các khóa điện và tất cả các tải bị ngắt kết nối Các điểm tải lần lượt được kết nối vào các nhánh con hiện có Kỹ thuật tìm kiếm này cũng không đảm bảo tối ưu toàn cục Zhu và các cộng sự đề xuất phương pháp dựa trên các quy tắc để nghiên cứu tái cấu hình lưới điện phân phối (DNRC) Mô hình DNRC với ràng buộc công suất của đường dây được thiết lập, trong đó mục tiêu là để giảm tổn thất công suất của hệ thống Các quy tắc được sử dụng để tái cấu hình tối ưu của lưới điện phân phối được hình thành dựa trên kinh nghiệm vận hành hệ thống và các loại nhánh chuyển đổi Gần đây, các phương pháp mới dựa trên thuật toán di truyền (GA) đã

được sử dụng trong DNRC Các phương pháp dựa trên thuật toán GA tốt hơn so với

các thuật toán Heuristic truyền thống trong việc tìm tối ưu toàn cục

2.3.2 Mô hình toán học của DNRC:

Thông thường DNRC quan tâm đến bài toán giảm tổn thất công suất [4] Mô

hình toán học của DNRC có thể được thể hiện bởi dòng điện nhánh:

1

NL

l l l l

Vi: Điện áp nút tại nút i

k l : Đại diện cho trạng thái của các nhánh k l =1 nếu nhánh l đóng, và k l = 0 nếu

(a) Tính khả thi: Tất cả các nút trong mạng phải được kết nối bởi một số nhánh, tức là ở đó không có nút nào bị tách biệt

(b) Hình tia: Số lượng các nhánh trong mạng phải nhỏ hơn so với số lượng các

nút một đơn vị (k l * NL = N - 1)

Do đó, cấu hình mạng cuối cùng phải được bố trí hình tia và tất cả các tải vẫn phải kết nối

2.3.3 Phương pháp Heuristic [5]

2.3.3.1 Phương pháp trao đổi nhánh đơn giản

Ý tưởng cơ bản của phương pháp đổi nhánh Heuristic là tính toán sự thay đổi của tổn thất công suất bằng cách vận hành một cặp các khóa điện (đóng một và mở một khóa điện khác vào cùng một thời điểm) Mục đích là để giảm tổn thất công suất

Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và dễ hiểu Những nhược điểm:

+ Các cấu hình cuối cùng phụ thuộc vào cấu hình mạng ban đầu

+ Giải pháp là một tối ưu địa phương, chứ không phải là tối ưu toàn cục

+ Mất nhiều thời gian cho việc lựa chọn và vận hành từng cặp các khóa điện cũng như tính toán phân bố công suất trong mạng hình tia tương ứng

2.3.3.2 Mô hình dòng chảy tối ưu

Nếu trở kháng của tất cả các nhánh trong mạng được thay thế bởi các điện trở của nhánh tương ứng, phân bố dòng công suất đáp ứng các định luật KCL và KVL được gọi là một mô hình dòng chảy tối ưu Khi phân bố công suất trong một vòng kín

là dòng chảy tối ưu, tổn thất công suất trong mạng tương ứng sẽ là nhỏ nhất Do đó,

ý tưởng cơ bản của mô hình dòng chảy tối ưu là mở khóa điện của nhánh có dòng điện thấp nhất trong vòng kín, các bước của thuật toán Heuristic dựa trên một mô hình dòng chảy tối ưu là:

(1) Tính toán phân bố công suất của mạng hình tia ban đầu

(2) Đóng tất cả các các khóa điện thường mở để tạo thành các mạng vòng (3) Tính toán dòng điện tương đương bơm vào tất cả các nút trong một vòng thông qua phương pháp bơm dòng điện

(4) Thay thế trở kháng của nhánh tương ứng bằng điện trở của nhánh trong các vòng kín và sau đó tính toán dòng chảy tối ưu

(5) Mở khóa điện của nhánh có dòng điện thấp nhất trong vòng kín Tính toán lại phân bố công suất phần còn lại của mạng

(6) Mở khóa điện trên nhánh tiếp theo và lặp lại bước (5) cho đến khi mạng trở thành một mạng hình tia

Những ưu điểm của phương pháp này là: (a) cấu hình mạng cuối cùng sẽ không phụ thuộc vào cấu trúc mạng ban đầu; (b) tốc độ tính toán nhanh hơn nhiều

so với các phương pháp đổi nhánh đơn giản; và (c) bài toán vận hành khóa điện tổ hợp phức tạp trở thành một bài toán Heuristic bằng cách mở một khóa điện mỗi lần Tuy nhiên, có một số nhược điểm do bởi tất cả các khóa điện thường mở được đóng trong cấu hình mạng ban đầu, như là:

+ Nếu có nhiều khóa điện thường mở trong một mạng, nó có nghĩa là tính toán của dòng chảy tối ưu bao gồm rất nhiều vòng Giải pháp cuối cùng có thể không được tối ưu do những tác động lẫn nhau giữa các vòng

+ Khi phân bố công suất được giải quyết bằng các phương pháp bơm dòng điện vào, nó cần phải tính ma trận tổng trở Thevenin tương đương của mạng với nhiều nút Điều này sẽ làm tăng gánh nặng tính toán

+ Cần phải tính toán phân bố công suất mạng điện kín hai lần cho mỗi lần chuyển đổi một khóa điện (trước và sau khi mở một khóa điện)

2.2.4 Phương pháp tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method [6]

Giải thuật kiến được đề xuất lần đầu bởi Dorigo vào đầu những năm 1990, sau

đó Carpento và Chicco trình bày một ứng dụng mới của giải thuật tìm kiếm của đàn kiến cho bài toán tối ưu tái cấu hình lưới điện phân phối với mục tiêu cực tiểu tổn thất trên hệ thống phân phối với các ràng buộc trong quá trình vận hành Phương pháp này dựa trên hoạt động tìm kiếm thức ăn của một đàn kiến Ban đầu, số con kiến bắt đầu từ tổ kiến để đi tìm đường đến nơi có thức ăn Từ tổ kiến sẽ có rất nhiều con đường khác nhau để đi đến nơi có thức ăn, nên một con kiến sẽ chọn ngẫu nhiên một con đường đi đến nơi có thức ăn Quan sát loài kiến, người ta nhận thấy chúng tìm kiếm nhau dựa vào dấu chân mà chúng để lại trên đường đi Sau một thời gian, lượng dấu chân của mỗi chặng đường sẽ khác nhau Do sự tích lũy dấu chân của mỗi chặn đường cũng khác nhau Đồng thời với sự bay hơi của dấu chân ở đoạn đường kiến ít

đi Sự khác nhau này sẽ ảnh hưởng đến sự di chuyển của những con kiến sau đi trên mỗi đoạn đường Nếu dấu chân để lại trên đường đi nhiều thì sẽ có khả năng thu hút các con kiến khác di chuyển trên đường đi đó, những chặng đường còn lại do không thu hút được lượng kiến di chuyển sẽ có xu hướng bay hơi dấu chân sau một thời gian qui định Điều đặc biệt trong cách hành xử loài kiến là lượng dấu chân trên đường đi

có sự tích lũy càng lớn thì cũng đồng nghĩa với việc đoạn đường đó là ngắn nhất từ

tổ kiến đến nơi có thức ăn Từ khi giải thuật kiến trở thành một lý thuyết vững chắc trong việc giải các bài toán tìm kiếm tối ưu toàn cục đã có nhiều ứng dụng thực tế

cho giải thuật này như: tìm kiếm các trang web cần tìm trên mạng, kế hoạch sắp xếp thời khóa biểu cho các y tá trong bệnh viện, cách hình thành các màu khác nhau dựa vào các màu tiêu chuẩn có sẵn, tìm kiếm đường đi tối ưu cho những người lái xe hơi… Nói tóm lại, phương pháp này đưa ra để giải quyết các bài toán có không gian nghiệm lớn để tìm ra lời giải có nghiệm là tối ưu nhất trong không gian nghiệm đó với thời gian cho phép hay không tìm ra cấu hình tối ưu hơn thì dừng Phương pháp này cũng rất thích hợp để giải bài toán cấu hình để có thể tìm ra trong các cấu hình

có thể của mạng phân phối có một cấu hình có công suất tổn thất là nhỏ nhất

Có nhiều phương pháp để khôi phục cung cấp điện trên lưới điện như các giải thuật thuần Heuristic được trình bày trong các nghiên cứu, hay sử dụng cơ sở tri thức Các mạng nơron hay các thuật toán Meta Heuristic như giải thuật di truyền cũng như

lý thuyết mờ cũng được áp dụng để giải bài toán này Tuy nhiên, việc đảm bảo số lần chuyển tải cũng như số lượng khách hàng bị mất điện là ít nhất để thời gian khôi phục lưới là ít nhằm giảm thiểu chi phí đền bù cho khách hàng chưa được đề cập rõ ràng trong các nghiên cứu trên

Đối với các phương pháp tiếp cận Heuristic, là thước đo bằng trực giác, để hạn chế không gian tìm kiếm, chủ yếu dựa vào kiến thức và kinh nghiệm của các chuyên gia vận hành trên LĐPP thực tế được biên dịch thành các chương trình máy tính Tuy nhiên, điều này cho thấy có những khó khăn lớn trong việc ứng dụng vào các LĐPP khác vì tính chuyên gia của chương trình và kích thước của phần mềm lớn cũng như thuật toán phức tạp

Đối với các chương trình sử dụng hệ chuyên gia, về cơ bản bao gồm hai thành phần chính là cơ sở tri thức và phương pháp suy diễn Mặc dù, cho đến nay, phương pháp tiếp cận hệ chuyên gia có thể được coi là phương pháp tiếp cận thành công để giải quyết vấn đề tái cung cấp điện trên LĐPP, nhưng không chắc rằng phương pháp này luôn luôn có thể tìm thấy một cấu hình tối ưu về số lần chuyển khóa Hơn nữa bảo trì các hệ chuyên gia quy mô lớn có chi phí tốn kém

Đối với các nghiên cứu tập trung vào các kỹ thuật như mạng nơron, thuật toán

di truyền và lý thuyết mờ, mặc dù các phương pháp tính toán dựa trên phần mềm, dường như đầy hứa hẹn, tuy nhiên khi giải quyết trên lưới điện có quy mô lớn thì bài toán tối ưu tổ hợp cần quá nhiều thời gian tính toán để đưa ra lời giải không phù hợp với thực tiễn vận hành trong tình huống khôi phục cung cấp điện

Về mặt lý thuyết có nhiều biện pháp để tái cấu hình khôi phục cung cấp điện cho lưới phân phối như: thiết kế thêm các lộ ra, nhánh rẽ dự phòng, lắp máy phát DG

dự phòng Tuy nhiên, các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp thiết đặt thiết bị Trong khi đó biện pháp tái cấu hình khôi phục lưới thông qua việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khóa điện cũng

có khả năng nâng cao việc cân bằng tải, giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay cách ly phần tử bị sự cố để sửa chữa

Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu hình khôi phục lưới điện để phục

vụ tối ưu cung cấp điện cho hộ tiêu thụ trong điều kiện ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khóa điện trên LĐPP là vô cùng khó khăn đối với các điều độ viên Do đó, luôn cần có một phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới thỏa mãn các mục tiêu điều khiển của các điều

độ viên

2.4 Các phương pháp xác định tổn thất công suất [7]–[11]

2.4.1 Phương pháp xác định theo τ

Đây là phương pháp đơn giản và sử dụng thuận tiện nhất Trong các trạng thái,

ta chọn trạng thái có ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tương đương gây ra bởi dòng điện cực đại chạy trong mạng với thời gian tổn thất cực đại theo công thức :

∆A = 3.I2

max.R.10-3 τ = ΔPmax.τ Trong đó: Imax – Dòng điện cực đại chạy trong mạng (A)

τ – Thời gian tổn thất công suất cực đại, tức là nếu mạng điện liên tục tải Imax hay Pmax trong khoảng thời gian này thì sẽ gây ra tổn thất điện trong mạng vừa đúng bằng tổn thất trên thực tế

Phương pháp này cũng gặp trở ngại là thời gian tổn thất cực đại thay đổi phụ thuộc vào tính chất phụ tải, hệ số công suất, thời gian sử dụng công suất cực đại v.v

… Vì vậy việc tính toán tổn thất điện năng theo công thức nêu trên cũng mắc sai số lớn Giá trị thời gian tổn thất cực đại được xác định theo đồ thị phụ tải như sau :

τ không phải bao giờ cũng có thể xác định được một cách dễ dàng, do đó trong thực tế khi không có đồ thị phụ tải người ta áp dụng một số công thức thực nghiệm

T : Thời gian khảo sát

Khi sử dụng phương pháp này ta coi đồ thị phụ tải của công suất tác dụng và công suất phản kháng đồng thời cực đại, giả thiết này dẫn đến sai số lớn trong tính toán

a Ưu điểm:

- Tính toán đơn giản

- Giá trị Imax hay Pmax xác định bằng tính toán hoặc đo đếm

- Nếu một đường dây cấp điện cho các trạm tiêu thụ có tính chất giống nhau thì khối lượng đo đếm không lớn

- Cho biết tình trạng làm việc của toàn lưới, xác định được phần tử nào làm việc không kinh tế

b Nhược điểm:

- Việc xác định chính xác giá trị τ rất khó nếu không có đồ thị phụ tải

- Khi không có đồ thị phụ tải ta phải xác định τ theo Tmax thông qua các công thức thực nghiệm dẫn đến kết quả tính toán có sai số lớn

- Trên lưới điện có nhiều phụ tải để xác định được giá trị của τ ứng với nhiều phụ tải sẽ tốn rất nhiều công sức và thời gian

2.4.2 Phương pháp xác định theo τp và τq

- Để giảm bớt sai số khi tính toán tổn thất điện năng cần phải xét đến hình dáng của đồ thị phụ tải, hệ số công suất và trong một ngày đêm giá trị cực đại công suất tác dụng và phản kháng có xảy ra đồng thời không

- Để xét đến điều kiện trên người ta dùng phương pháp xác định tổn thất điện năng theo τp và τq

- Trong công thức ∆A = ΔPmax.τ tổn thất công suất cực đại được phân tích thành hai thành phần ΔPp (tổn thất do công suất tác dụng P gây ra) và ΔPq (tổn thất do công suất phản kháng Q gây ra) Thời gian tổn thất công suất cực đại τ cũng được phân tích thành τp, τq Khi đó tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

- Điện năng tiêu thụ trong một ngày đêm Anđ có thể viết theo công thức:

Anđ = Pmax.tmax + Pmin.tmin

Trong đó: tmax + tmin = 24 giờ

Ta coi cosφ = const và 𝑃𝑖2 trùng 𝑆𝑖2khi đó ta có:

𝐴𝑡𝑏𝑛đ - điện năng ngày đêm trung bình để tính toán

𝐴𝑛đ - điện năng ngày đêm của ngày chọn để tính toán

𝐴𝑇: Điện năng cung cấp trong thời gian T

- Hệ số tổn thất (Loss factor): Là tỉ số giữa tổn thất công suất trung bình trên tổn thất công suất lớn nhất ứng với công suất phụ tải cực đại (ký hiệu LsF)

𝐿𝑠𝐹 = ∆𝑃𝑡𝑏

∆𝑃𝑚𝑎𝑥 =

∆𝐴𝑇

∆𝑃𝑚𝑎𝑥 𝑇Trong đó:

∆𝐴𝑇: Tổn thất điện năng trong thời gian T (ví dụ 1 năm)

- Quan hệ giữa Tmax, τ với LF và LsF: Từ định nghĩa LF và LsF có thể suy ra những mối quan hệ sau:

c = 0,3 : Đối với lưới truyền tải

c = 0,15 : Đối với lưới phân phối

Ở Anh và Úc sử dụng công thức:

LsF = 0,2LF + 0,8 LF2

- Tính toán tổn thất điện năng theo hệ số tổn thất:

Từ đó thể suy ra: ∆AT = ΔPmax T LsF (2.22)

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT

r0: điện trở trên 1 km của dây dẫn

L: chiều dài dây dẫn

Pn, Qn : công suất tác dụng và phản kháng truyền trên nhánh 3 pha

Như vậy, để giảm tổn thất công suất, hiện nay có rất nhiều phương pháp để giảm tổn thất công suất

3.1.1 Đánh giá mức độ cân bằng pha trên lưới điện

Công thức (3.1) cho thấy đây là tổn thất được tính trên lưới điện 3 pha cân bằng Nếu xuất hiện sự mất cân bằng giữa các pha, sẽ xuất hiện dòng điện trên dây trung tính ngay cả khi lưới điện đang vận hành hình tia Điều này sẽ làm tăng tổn thất công suất

Việc duy trì cos giữa các pha có thể dễ dàng thực hiện bằng cách bù trên lưới

hạ thế để cos 0,95 Tuy nhiên việc duy trì biên độ dòng điện giữa các pha bằng nhau là điều khó khăn ngay cả gần bằng nhau Vì vậy việc cân bằng pha cần được xem xét trước tiên, đặc biệt là lưới điện khi có sự phát triển của lưới 1 pha dẫn đến việc mất cân bằng khá lớn trên các pha trên 2 phát tuyến

3.1.2 Đánh giá mức độ giảm điện trở đơn vị

Để giảm tổn thất công suất, biện pháp khá đơn giản là giảm r0 trên đường dây bằng cách tăng tiết diện dây dẫn Tuy nhiên, điều này dẫn đến chi phí đầu tư khá lớn Dựa và biểu thức (3.1) khi công suất chuyển tải tăng gấp 2 mà vẫn muốn giữa nguyên

tỷ số P/P hay A/A mà không có một tác động ngoài giải pháp này thì việc tăng gấp đôi tiết diện dây là điều hiển nhiên

3.1.3 Tái cấu hình lưới

Việc tái cấu hình lưới điện phân phối là một trong nhưng biện pháp mạnh mẽ trong việc tác động trực tiếp lên biểu thức (3.1) nhằm giảm P hay A bằng cách cân bằng lại Pn, Qn và L giữa các nhánh và tuyến dây Cũng có thể tận dụng giải pháp này

để cân bằng giữa các pha trên tuyến dây mà không cần phải đầu tư thêm bất cứ một chi phí xây dựng cơ bản nào ngoài việc thay đổi các trạng thái khoá điện trên các phát tuyến nhằm tái cấu hình lưới điện phân phối hạ áp

Đánh giá mức độ ảnh hưởng lên biểu thức (3.1) Vì lưới cung cấp điện hạ thế gần như không liên thông với nhau nên việc giảm tổn thất điện năng trên lưới rất khó

áp dụng giải pháp này mà chủ yếu là cân bằng giữa các pha, bù công suất phản kháng

và lắp thêm trạm biến áp 22/0,4 kV mới (chia lại lưới hạ thế) nên cos đo tại trạm khá cao sau khi các giải pháp kiện toàn lưới hạ thế được hoàn tất

Do cos = 0,95 tại phía hạ thế nên khi qua MBA 22/0,4 kV, hệ số công suất này cũng không giảm đáng kể vì tổn hao Q của MBA không đáng kể Vì vậy quan

hệ giữa Pn và Qn được biểu diển tại (3.4) Dựa vào quan hệ của (3.1) và (3.4), ảnh hưởng của bù công suất phản kháng trực tiếp lên lưới trung thế để giảm tổn hao công suất P hay A là rất ít so với việc cân bằng lại Pn và L giữa các tuyến dây