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

DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2 1 Lưới điện phân phối đơn giản 6 Hình 2 2 Lưu đồ cho việc chọn địa điểm trạm14 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 điện38 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 trạ.

Hình 2 1 Lưới điện phân phối đơn giản 6

Hình 2 2 Lưu đồ cho việc chọn địa điểm trạm14

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 điện38

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 42Hình 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 43Hình 4 9 Lưới điện khi có thêm trạm biến áp sau khi chạy TOPO 44Hình 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 153

Hình 4 14 Tái cấu hình sau khi lắp đặt thêm trạm vào khu vực 1 54Hình 4 15 Lắp đặt trạm vào khu vực 255

Hình 4 16 Tái cấu hình sau khi lắp đặt trạm vào khu vực 2 56Hình 4 17 Lắp đặt trạm vào khu vực 357

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 23 Bảng giá thành san lấp đất và độ dốc với nhiều loại đất khác nhau 15Bảng 4 1 Số liệu của phụ tải 37

Bảng 4 2 Tổn thất công suất của lưới điện khi vận hành bình thường 38Bảng 4 3 Dòng điện tính toán khi đóng khóa điện 5-6, đường dây 7-6 39Bảng 4 4 Tổn thất công suất khi vận hành với khóa mở 8-9, đường dây 7-8 41Bảng 4 5 Tổn thất công suất khi có trạm biến áp mới trong lưới điện 43Bảng 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 49Bảng 4 9 Tóm tắt các trường hợp của lưới điện Trảng Dài 59

12 Nội dung nghiên cứu 3

13 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 4

14 Phạm vi nghiên cứu 4

15 Phương pháp giải quyết bài toán 4

16 Điểm mới của đề tài 4

17 Giá trị thực tiễn của đề tài 4

18 Bố cục của chuyên đề 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

21 Lưới điện phân phối 5

211 Đặc điểm của lưới điện phân phối 5

212 Vận hành hở lưới điện phân phối 6

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

214 Thực trạng lưới phân phối 8

228 Lối ra, vào trạm 16

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

231 Giới thiệu 16

232 Mô hình toán học của DNRC: 18

233 Phương pháp Heuristic [5] 19

2331 Phương pháp trao đổi nhánh đơn giản 19

2332 Mô hình dòng chảy tối ưu 19

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

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

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

312 Đánh giá mức độ giảm điện trở đơn vị 28

313 Tái cấu hình lưới 28

CHƯƠNG 4: VÍ DỤ KIỂM TRA 37

41 Lưới điện 7 nhánh, 1 nguồn 37

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

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

11 Đặt vấn đề

Với tốc độ tăng trưởng của phụ tải cao nên lưới điện thường xuyên phải đốimặt với tình trạng quá tải và điện áp thấp, ngoài ra trong những năm gần đây ngànhđiện lại đang tiếp nhận hệ thống lưới điện nông thôn, trong điều kiện địa bàn cấpđiện rộng, địa hình phức tạp, phân bố phụ tải không đồng đều giữa các vùng, thờitiết 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 điểmngày lên đến 50 - 60%), các phụ tải công nghiệp có yêu cầu rất khắt khe về độ ổnđịnh cung cấp điện và chất lượng điện năng Sự mất cân đối giữa tăng trưởng phụtải và đầu tư cải tạo lưới điện trong nhiều năm qua (kể cả lưới điện truyền tải) làvấn đề mà ngành điện đang phải đối diện dẫn đến tổn thất điện năng lớn, sự cốnhiều và độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện thấp Một số giải pháp nhằm giảmtổn thất trên lưới phân phối Mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối đòi hỏiphải có nhiều giải pháp đồng bộ, trong đó có cả các biện pháp quản lý, hành chínhnhằm giảm cả tổn thất thương mại, sau đây xin giới thiệu một số biện pháp nhằmgiảm tổn thất như sau:

+ Biện pháp quản lý kỹ thuật - vận hành: Không để quá tải đường dây, máybiến áp, thường xuyên theo dõi các thông số vận hành lưới điện, tình hình tăngtrưởng 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 áptrên lưới điện Đảm bảo vận hành phương thức tối ưu: Thường xuyên tính toánkiểm 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 củathiết bị Kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện ở tình trạng vận hành tốtThực hiện kiểm trabảo dưỡng lưới điện đảm bảo các tiêu chuẩt kỹ thuật vận hành Thực hiện tốt côngtác 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 độngtheo 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 hoặccấp bằng nguồn điện hạ thế khu vực nếu có điều kiện để tách MBA chính ra khỏivận hành Hạn chế các thành phần không cân bằng và sóng hài bậc cao: Thực hiệnkiểm tra đối với khách hàng gây méo điện áp trên lưới điện Trong điều kiện gâyảnh 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 thấtđiện năng luôn là mục tiêu quan trọng của các đơn vị Điện lực, vì vậy ngoài cácbiện pháp và giải pháp truyền thống thì việc tiếp cận và làm chủ công nghệ cũng làbiện pháp đang đem lại hiệu quả giúp nâng cao năng lực cho công tác giám sát vàvận hành lưới điện để giảm tổn thất

Hiện nay có nhiều biện pháp để giảm tổn thất công suất trong quá trình phânphối điện năng như: bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành lưới điệnphân phối, hoặc tăng tiết diện dây dẫn Tuy nhiên, các biện pháp này đều mangtính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị khi thựchiện Mục tiêu đặt ra là giảm tổn thất công suất, cấy thêm trạm biến áp kết hợp vớitái 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 cáchđóng/mở các cặp khoá điện có sẵn trên lưới kết hợp với việc cấy thêm trạm biến ápnhằm mở rộng lưới phối khi phụ tải tăng dần cũng có thể giảm tổn thất điện năngđáng kể khi đạt được cân bằng công suất giữa các tuyến dây và đáp ứng với việcphụ tải tăng dần mà không cần nhiều chi phí để cải tạo toàn bộ lưới điện và từ đólựa chọn hình lưới vận hành trong một thời gian dài để vận hành nhằm mang lạitính khả thi về kỹ thuật và mang lại lợi ích kinh kế Ngoài mục tiêu giảm tổn thấtcông suất, cấy thêm trạm biến áp kết hợp tái cấu trúc lưới điện phân phối phù hợpcòn có thể nâng cao khả năng mang tải của lưới điện, làm giảm sụt áp cuối đườngdây và giảm thiểu rủi ro cho một số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố haykhi 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 thuậtràng 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 thoảmãn 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 cóxem xét đến cấy thêm trạm biến áp luôn cần một phương pháp đề xuất phù hợp vớilưới điện phân phối thực tế và cần có một giải thuật đủ mạnh để kết hợp việc cấythêm trạm biến áp kết hợp với tái cấu trúc lưới nhằm đạt được mục tiêu giảm tổn thấtcông suất trong lưới điện phân phối Do đó, việc xây dựng một giải thuật tái cấu hìnhlưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất khi các phụ tải thay đổi nhằm manglại hiệu quả kinh tế của lưới điện Việt Nam Trên cơ sở những kết quả của các côngtrình 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 phốibằng giải thuật tái cấu hình nhằm tìm ra cấu hình tốt nhất với mục tiêu tổn thất côngsuất là bé nhất cũng như mang lại các lợi ích khác như có thể nâng cao khả năng mangtải của lưới điện, làm giảm sụt áp cuối đường dây và giảm thiểu rủi ro cho một sốlượng 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 lợiích cho Công ty quản lý lưới điện nói riêng và ngành điện nói chung

12 Nội dung nghiên cứu

Mục tiêu của đề tài là chọn một giải thuật phù hợp nhằm với vị trí, dung lượngphù 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, trạmbiến 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 kiểmchứng

13 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

14 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

15 Phương pháp giải quyết bài toán

-Khảo sát một lưới điện

Đề xuất các phương án giải quyết bài toán

16 Điểm mới của đề tài

- Đề xuất giải thuật

- Áp dụng kiểm tra trên lưới điện

17 Giá trị thực tiễn của đề tài

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

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

18 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

21 Lưới điện phân phối

211 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Hệ thống điện phân phối là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các trạmbiến thế trung gian đến khách hàng Đường dây truyền tải thường được vận hànhmạch vòng hay mạch tia, còn các đường dây phân phối điện luôn được vận hành hởtrong mọi trường hợp Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sửdụng loại relay quá dòng Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết cáctuyến dây đều có các mạch vòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từmột trạm biến áp trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cốViệc khôi phục lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoáđiện nằm trên các mạch vòng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khoá điệnMột đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau và các phụ tảinày được phân bố không đồng đều giữa các đường dây Mỗi loại tải lại có thời điểmđỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa Vìvậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệchcông suất tiêu thụ Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lướiđiện 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 điệnhiện có trên lưới Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khoá điện sẽ được lắp đặttại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này vừa có thể giảm chi phívận hành và vừa giảm tổn thất điện năng Hay nói cách khác, hàm mục tiêu trong quátrình vận hành lưới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành bao gồm cả chi phíchuyển tải và tổn thất điện năng

Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuấthiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thểTuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thoả mãn các điều kiện:-

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

Hình 21 mô tả một lưới điện phân phối đơn giản gồm có 2 nguồn và nhiều khoáđiện Khoá SW1, SW5 và RC3 ở trạng thái mở để đảm bảo lưới điện vận hành hởCác đoạn tải LN2 và LN6 nằm ở cuối lưới của nguồn điện SS2 Để cải thiện chấtlượng điện năng ở cuối lưới, bộ tụ bù được lắp giữa LN4 và SW2 và máy biến thếđiều áp được lắp giữa LN3 và LN9 Tất nhiên, các thiết bị này đều có thể được vậnhành ở chế độ thông số không đổi trong thời gian vận hành hay thông số thay đổibằng cách điều khiển từ xa hay tại chỗ

LN3

SW1 LN1

LN8 CB1

SS2

CB2 SW4 LN16

LN13

SW6

LN4 C1 SW2

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

212 Vận hành hở lưới điện phân phối

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

- Số lượng phần tử như lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lưới phân phối nhiềuhơn lưới truyền tải từ 5-7 lần nhưng mức đầu tư chỉ hơn từ 2-25 lần

- Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ và nằm trên diệnrộng, nên khi có sự cố, mức độ thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện ở lưới điện phânphối 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 trúcmạch vòng vì các lý do như sau:

- Tổng trở của lưới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hànhvòng kín nên dòng ngắn mạch bé khi có sự cố Vì vậy chỉ cần chọn các thiết bị đóngcắt có dòng ngắn mạch chịu đựng và dòng cắt ngắn mạch bé, nên mức đầu tư giảmđáng kể

- Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại relay đơn giản rẻtiền như relay quá dòng, thấp áp… mà không nhất thiết phải trang bị các loại relayphức tạp như định hướng, khoảng cách, so lệch… nên việc phối hợp bảo vệ relay trởnên 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 đểtránh 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 dànghơn 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 cáclưới hình tia

213 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 trúclưới điện như sau:

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

- Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát đểtổn 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

Tên bài toán 1 2 3 4 5 6Khoá 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    

- 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 nhấtcùng 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 tiểutổn 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

21 trình bày phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc theo đặc điểm lưới điệnphân phối

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

214 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 giữacác miền các cấp điện này cũng khác nhau (66, 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

Cực tiểu hàm F = CCijL Cij

- 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 điềukiện 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 xâydựng 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:

n Cn

Số nút tải có trên lưới

Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ijTổn thất của nhánh nối từ nút i đến nút jDòng công suất trên nhánh ij

Nhu cầu công suất điện tại nút j

Dòng công suất trên đường dây ft

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

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

không làm việcHàm 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 trunggian 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 bằngphương pháp giải tích toán học truyền thống

22 Trạm biến áp

221 Các trạm biến áp

Trạm biến áp là một phần tử quan trọng trong hệ thống điện, dung lượng cáctrạm biến áp trong toàn hệ thống điện lớn hơn gấp nhiều lần dung lượng các nhà máyđiện Các chỉ tiêu về kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện phụ thuộc nhiều vào: dunglượng; 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 nhỏhoặc các khu dân cư; dùng làm lưới điện phân phối trong các khu công nghiệp… Dolịch sử để lại, hiện nay nước ta (tại một số địa phương) cấp trung áp còn dùng: 35 kV;

15 kV; 10 kV; 66 kV; … Nhưng trong tương lai các cấp điện áp nêu trên sẽ được cảitạo, 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

222 Vai trò trạm biến áp trong hệ thống điện

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

hạ áp…

223 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

224 Địa điểm đặt trạm biến áp

Việc chọn lựa địa điểm thích hợp cho trạm là một công việc tổng hợp trên nhiềuyếu tố: kỹ thuật, kinh tế, môi trường, quản lý hành chính Lưu đồ hướng dẫn cho việcchọn lựa địa điểm trạm được chỉ ra như Hình 22 Vấn đề ở đây là phải chọn lựa đượcmột vị trí có diện tích đủ lớn, nơi mà sẽ được sử dụng để xây dựng trạm, với các

Đặc điểm vị trí Ảnh hưởng đến vấn

đề thiết kế trạm Các ảnh hưởng liên quan

Diện tích đấtĐịa hình, địa thếĐặc tính địa chất của đấtCác tính chất thủy họcLối ra vào trạm

Hành lang đường dây

Yêu cầu thiết kế đặc biệtTăng khoảng cách antoàn, làm mát phụ trợ

Giá thành đắtThể tích đất di dờiGiá thành thi công móng

Giá thành HT thoát nướcGiá thành xây dựng và khinâng cấp trạm

Giá thành kết nối với thiết bịngoài trạm và độ tin cậyGiá thành thiết bị ảnh hưởngđến độ tin cậy

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

Giá thành TBĐ, cấu trúc vàthi công móng trạm

22 dưới đây:

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

Địa hình Hành lang đường

đạt

YES

NO Tiếp tục quan tam NO

dừng Không vi phạm

YES

NO Tiếp tục quan tam NO

dừng

đạt

YES

NO Tiếp tục quan tam

YES

Xem xét về không gian và địa lý

YES

Tương thích

NO Tiếp tục quan tam

YES Thực hiện hiệu chỉnh cần thiết

Có hiệu quả

NO

Tiếp tục quan tam

NO

Tương thích Tiếp tục quan

tam Thực hiện hiệu chỉnh cần thiết

dừng

YES

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

NO dừng

Các điều kiện khác

Hình 2 2 Lưu đồ cho việc chọn địa điểm trạm

225 Diện tích khả dụng

Các yếu tố đầu tiên để dự tính diện tích khả dụng cho trạm là căn cứ vào sơ đồ

nối dây được lựa chọn Dự tính này có thể biến đổi tùy vào từng địa hình cụ thể, các

xuất tuyến liên quan và các ràng buộc về lối ra vào trạm

226 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

Loại đất Biện pháp xử lý Giá thành xử lý mặt

227 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 móngtrong 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 trạmNếu trạm nằm trên các khu vực có mìn còn vướng lại hiện trường vì nhiều lý dokhác nhau, có thể gây nên các sự cố rất nghiêm trọng và những vị trí như vậy cần hếtsức tránh

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

Bảng 23 Bảng giá thành san lấp đất (tính trên m3) và độ dốc với nhiều loại đất khác nhau

228 Lối ra, vào trạm

Với những thiết bị siêu trường, siêu trọng như MBA lực hay kháng điện côngsuất 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 ánnghiên cứu cụ thể để đảm bảo việc vận chuyển an toàn từ nơi sản xuất đến trạmPhương án vận chuyển thiết bị phải được nghiên cứu trong mọi trường hợp thiết bị đivào 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 chuyểnthích 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 dễdàng hơn Hoặc trong một số trường hợp đặc biệt, việc sửa chữa nâng cấp quãngđường để vận chuyển cũng là việc làm cần thiết Một khía cạnh nữa cũng cần quantâm 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)

23 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 diệncho một đường nhánh có thể tải (khóa điện đóng) hoặc không tải (khóa điện mở) Docấu trúc lưới điện hình tia, vì vậy mà các nhánh tạo thành một tập dạng cây mà mỗinút tải được cung cấp từ duy nhất một nút nguồn Do đó, bài toán tái cấu hình lướiđiện 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 cóthể 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 phápHeuristic, hệ chuyên gia, tối ưu hóa tổ hợp với các nhánh riêng biệt và phương phápgiới 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 giảmtổn 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 bởiMerlin 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 toánHeuristic điều chỉnh để khôi phục hệ thống và cân bằng tải Các ràng buộc vận hànhđược 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 phươngpháp trao đổi nhánh để giảm tổn thất và cân bằng tải trong các nhánh Để hỗ trợ việctìm kiếm, hai phương pháp phân bố công suất tương đối với mức độ chính xác khácnhau được sử dụng Ngoài ra, họ đề xuất một biểu thức đại số mà cho phép ước lượngviệc 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 giảmtổn thất trong hệ thống phân phối Mô hình bài toán tái cấu hình là bài toán tối ưu phituyến 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 vàStrbac trình bày phương pháp Heuristic khác Thuật toán bắt đầu từ một mạng rỗnghoàn toàn, với tất cả các khóa điện và tất cả các tải bị ngắt kết nối Các điểm tải lầnlượt được kết nối vào các nhánh con hiện có Kỹ thuật tìm kiếm này cũng không đảmbảo tối ưu toàn cục Zhu và các cộng sự đề xuất phương pháp dựa trên các quy tắc đểnghiên cứu tái cấu hình lưới điện phân phối (DNRC) Mô hình DNRC với ràng buộccông suất của đường dây được thiết lập, trong đó mục tiêu là để giảm tổn thất côngsuất của hệ thống Các quy tắc được sử dụng để tái cấu hình tối ưu của lưới điện phânphối được hình thành dựa trên kinh nghiệm vận hành hệ thống và các loại nhánhchuyển đổi Gần đây, các phương pháp mới dựa trên thuật toán di truyền (GA) đã

Min f= kl l lI 2

được sử dụng trong DNRC Các phương pháp dựa trên thuật toán GA tốt hơn so vớicác thuật toán Heuristic truyền thống trong việc tìm tối ưu toàn cục

232 Mô hình toán học của DNRC:

Thông thường DNRC quan tâm đến bài toán giảm tổn thất công suất [4] Môhình toán học của DNRC có thể được thể hiện bởi dòng điện nhánh:

NL l1

Vi: Điện áp nút tại nút i

kl: Đại diện cho trạng thái của các nhánh kl =1 nếu nhánh l đóng, và kl = 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 vẫnphải kết nối

233 Phương pháp Heuristic [5]

2331 Phương pháp trao đổi nhánh đơn giản

Ý tưởng cơ bản của phương pháp đổi nhánh Heuristic là tính toán sự thay đổicủa tổn thất công suất bằng cách vận hành một cặp các khóa điện (đóng một và mởmột 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 điệncũng như tính toán phân bố công suất trong mạng hình tia tương ứng

2332 Mô hình dòng chảy tối ưu

Nếu trở kháng của tất cả các nhánh trong mạng được thay thế bởi các điện trởcủa nhánh tương ứng, phân bố dòng công suất đáp ứng các định luật KCL và KVLđược 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 dòngđiện thấp nhất trong vòng kín, các bước của thuật toán Heuristic dựa trên một môhình 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 vòngthông qua phương pháp bơm dòng điện

(4) Thay thế trở kháng của nhánh tương ứng bằng điện trở của nhánh trong cácvòng 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 toánlại 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 trởthành một mạng hình tia

Những ưu điểm của phương pháp này là: (a) cấu hình mạng cuối cùng sẽkhông 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 tổhợp phức tạp trở thành một bài toán Heuristic bằng cách mở một khóa điện mỗi lầnTuy nhiên, có một số nhược điểm do bởi tất cả các khóa điện thường mở đượcđóng trong cấu hình mạng ban đầu, như là:

+ Nếu có nhiều khóa điện thường mở trong một mạng, nó có nghĩa là tính toáncủa 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 điệnvào, nó cần phải tính ma trận tổng trở Thevenin tương đương của mạng với nhiều nútĐiều 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)

224 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 đànkiến cho bài toán tối ưu tái cấu hình lưới điện phân phối với mục tiêu cực tiểu tổnthất trên hệ thống phân phối với các ràng buộc trong quá trình vận hành Phương phápnày dựa trên hoạt động tìm kiếm thức ăn của một đàn kiến Ban đầu, số con kiến bắtđầu 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 mộtcon đường đi đến nơi có thức ăn Quan sát loài kiến, người ta nhận thấy chúng tìmkiếm nhau dựa vào dấu chân mà chúng để lại trên đường đi Sau một thời gian, lượngdấu chân của mỗi chặng đường sẽ khác nhau Do sự tích lũy dấu chân của mỗi chặnđường 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 trênmỗi đoạn đường Nếu dấu chân để lại trên đường đi nhiều thì sẽ có khả năng thu hútcác con kiến khác di chuyển trên đường đi đó, những chặng đường còn lại do khôngthu hút được lượng kiến di chuyển sẽ có xu hướng bay hơi dấu chân sau một thời gianqui 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 chắctrong 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 xếpthời khóa biểu cho các y tá trong bệnh viện, cách hình thành các màu khác nhau dựavào các màu tiêu chuẩn có sẵn, tìm kiếm đường đi tối ưu cho những người lái xehơi… Nói tóm lại, phương pháp này đưa ra để giải quyết các bài toán có không giannghiệm lớn để tìm ra lời giải có nghiệm là tối ưu nhất trong không gian nghiệm đóvới thời gian cho phép hay không tìm ra cấu hình tối ưu hơn thì dừng Phương phápnày 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 giảithuật thuần Heuristic được trình bày trong các nghiên cứu, hay sử dụng cơ sở tri thứcCác 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 lầnchuyển tải cũng như số lượng khách hàng bị mất điện là ít nhất để thời gian khôi phụclưới là ít nhằm giảm thiểu chi phí đền bù cho khách hàng chưa được đề cập rõ ràngtrong các nghiên cứu trên

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

Đối với các chương trình sử dụng hệ chuyên gia, về cơ bản bao gồm hai thànhphần chính là cơ sở tri thức và phương pháp suy diễn Mặc dù, cho đến nay, phươngpháp tiếp cận hệ chuyên gia có thể được coi là phương pháp tiếp cận thành công đểgiải quyết vấn đề tái cung cấp điện trên LĐPP, nhưng không chắc rằng phương phápnày luôn luôn có thể tìm thấy một cấu hình tối ưu về số lần chuyển khóa Hơn nữabảo 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 bàitoán tối ưu tổ hợp cần quá nhiều thời gian tính toán để đưa ra lời giải không phù hợpvới thực tiễn vận hành trong tình huống khôi phục cung cấp điện

có khả năng nâng cao việc cân bằng tải, giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điệnkhi 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 hàngtrăm khóa điện trên LĐPP là vô cùng khó khăn đối với các điều độ viên Do đó, luôncần có một phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và mộtgiải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới thỏa mãn các mục tiêu điều khiển của các điều

độ viên

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

241 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 tươngP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngđương gây ra bởi dòng điện cực đại chạy trong mạng với thời gian tổn thất cực đạitheo công thức :

∆A = 3I2maxR10-3 τ = ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPmaxτ

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 tụctải Imax hay Pmax trong khoảng thời gian này thì sẽ gây ra tổn thất điệntrong 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 phụthuộc vào tính chất phụ tải, hệ số công suất, thời gian sử dụng công suất cực đại vv

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

T : Thời gian khảo sát

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

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 thìkhối lượng đo đếm không lớn

- Cho biết tình trạng làm việc của toàn lưới, xác định được phần tử nào làm việckhông 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 côngthức 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 nhiềuphụ tải sẽ tốn rất nhiều công sức và thời gian

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

- Trong công thức ∆A = ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPmaxτ tổn thất công suất cực đại được phân tích thànhhai thành phần ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPp (tổn thất do công suất tác dụng P gây ra) và ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPq (tổn thất do côngsuất phản kháng Q gây ra) Thời gian tổn thất công suất cực đại τ cũng được phântích thành τp, τq Khi đó tổn thất điện năng được xác định theo công thức:

ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngA = ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPpτp + ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPqτq

- Khó khăn đối với phương pháp này là đồ thị công suất phản kháng ít khi đượcxây dựng nên phương pháp này ít được sử dụng

243 Tính bằng phương pháp 2τ

- Để tính theo phương pháp này người ta xét đến trạng thái phụ tải cực đại vàcực tiểu Trong đồ thị phụ tải ngày đêm người ta chia làm hai phần theo khoảng thờigian tmax và tmin, tmax là khoảng thời gian phần đồ thị có công suất cực đại, tmin là phầnthời gian còn lại trên đồ thị phụ tải tương ứng với phần có công suất cực tiểu

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

Anđ = Pmaxtmax + Pmintmin

Trong đó: tmax + tmin = 24 giờ

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 tổnthất 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 ranhững mối quan hệ sau:

𝐼𝑡𝑏𝑏𝑞 = √ ∫ 𝐼𝑡2 𝑑𝑡0

Trong đó:

𝐼𝑡𝑏𝑏𝑞: Dòng điện trung bình bình phương

1 𝑇 𝑇

- Quan hệ giữa LF và LsF được xây dựng dưới dạng các hàm thực nghiệm chocác loại lưới điện và phụ tải khác nhau

Nhìn chung ta có LF2 < LsF < LF

Một số hàm thực nghiệm hay được sử dụng:

LsF = cLF + (1 – c) LF2

Trong đó:

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 = ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPmax T LsF (222)

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 đểgiảm tổn thất công suất

311 Đánh giá mức độ cân bằng pha trên lưới điện

Công thức (31) cho thấy đây là tổn thất được tính trên lưới điện 3 pha cân bằngNếu xuất hiện sự mất cân bằng giữa các pha, sẽ xuất hiện dòng điện trên dây trungtính ngay cả khi lưới điện đang vận hành hình tia Điều này sẽ làm tăng tổn thất côngsuất

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 bằngnhau là điều khó khăn ngay cả gần bằng nhau Vì vậy việc cân bằng pha cần đượcxem xét trước tiên, đặc biệt là lưới điện khi có sự phát triển của lưới 1 pha dẫn đếnviệc mất cân bằng khá lớn trên các pha trên 2 phát tuyến

 2 2

Qn Pn 1

312 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 dâybằng cách tăng tiết diện dây dẫn Tuy nhiên, điều này dẫn đến chi phí đầu tư khá lớnDựa và biểu thức (31) 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 gấpđôi tiết diện dây là điều hiển nhiên

313 Tái cấu hình lưới

Việc tái cấu hình lưới điện phân phối là một trong nhưng biện pháp mạnh mẽtrong việc tác động trực tiếp lên biểu thức (31) nhằm giảmP hayA bằng cách cânbằng 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 mộtchi phí xây dựng cơ bản nào ngoài việc thay đổi các trạng thái khoá điện trên các pháttuyến nhằm tái cấu hình lưới điện phân phối hạ áp

Đánh giá mức độ ảnh hưởng lên biểu thức (31) Vì lưới cung cấp điện hạ thếgần 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 trạmkhá 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 suấtnày 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 (34) Dựa vào quan hệ của (31) và (34), ảnh

hưởng của bù công suất phản kháng trực tiếp lên lưới trung thế để giảm tổn hao côngsuấtP hayA là rất ít so với việc cân bằng lại Pn và L giữa các tuyến dây