Nhằm mục tiêu giảm tổn thất công suất, sử dụng các thuật toán đề xuất làm cơ sở nghiên cứu tổn thất công suất và các bài toán đối với hàm đa mục tiêu, cụ thể luận án có các nhiệm vụ sau:
Trang 1i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Trang 2ii
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VN
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Hà Nội - Năm 2018
Trang 3iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kết quả được viết chung với các tác giả khác đều được sự đồng ý của đồng tác giả trước khi đưa vào luận án Các kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận án
Nguyễn Tùng Linh
Trang 4iv
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Công nghệ thông tin - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Phòng Công nghệ tự động hóa đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập, nghiên cứu
Tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới người thầy quá cố PGS.TSKH.Phạm Thượng Cát và thầy hướng dẫn PGSTS Trương Việt Anh, hai thầy đã định hướng và tận tình hướng dẫn để tôi có thể hoàn thành luận án
Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Điện lực và Phòng Đào tạo Sau Đại học và các đơn vị trong Nhà trường đã quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện để tôi có thể thực hiện nghiên cứu
Tôi xin cảm ơn các cán bộ Phòng Công nghệ Tự động hóa – Viện Công nghệ thông tin, các đồng nghiệp thuộc Khoa kỹ thuật điều khiển tự động hóa, khoa Kỹ Thuật Điện trường Đại học Điện lực đã động viên và trao đổi kinh nghiệm trong quá trình hoàn thành luận án
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đến gia đình, người thân, các bạn đồng nghiệp những người luôn dành cho tôi những tình cảm nồng ấm, luôn động viên và
sẻ chia những lúc khó khăn trong cuộc sống và tạo điều kiện tốt nhất để tôi có thể hoàn thành quá trình nghiên cứu
Hà Nội, ngày ….tháng 03 năm 2018
Tác giả luận án
Nguyễn Tùng Linh
Trang 5v
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ix
DANH MỤC HÌNH VẼ x
MỞ ĐẦU xii
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1
1.1 Giới thiệu tổng quan lưới điện phân phối 1
1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 1
1.1.2 Giới thiệu bài toán tái cấu trúc lưới điện 4
1.1.3 Hiện trạng lưới điện phân phối Việt Nam 13
1.1.4 Mô hình bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 14
1.2 Tổng quát các nghiên cứu giải bài toán tái cấu trúc với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất 17
1.2.1 Kết hợp heuristics và tối ưu hóa 17
1.2.2 Các thuật toán thuần túy dựa trên Heuristics 20
1.2.3 Các thuật toán dựa trên trí tuệ nhân tạo 23
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP HEURISTIC CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 32
2.1 Phương pháp Heuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện 32
2.1.1 Giới thiệu 32
2.1.2 Mô hình bài toán tái cấu trúc lưới điện 33
2.2 Đề xuất thuật toán Heuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện 41
2.2.1 Hàm mục tiêu của bài toán 41
2.3 Mô phỏng và đánh giá kết quả nghiên cứu 48
2.3.1 Mô phỏng kết quả nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của tụ bù đến tái cấu trúc lưới điện phân phối 48
Trang 6vi
2.3.2 Mô phỏng kết quả nghiên cứu của thuật toán đề xuất 50
2.3.3 Đánh giá kết quả mô phỏng: 59
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP META HEURISTIC CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 62
3.1 Phương pháp sử dụng thuật toán mô phỏng luyện kim (SA) cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 62
3 1.1Giới thiệu thuật toán mô phỏng luyện kim 62
3.1.2 Đề xuất cải tiến thuật toán SA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện 68
3 2 Kiểm tra và đánh giá kết quả trên lưới mẫu IEEE 76
CHƯƠNG 4 THUẬT TOÁN DI TRUYỀN CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN QUY HOẠCH NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN 84
4.1 Áp dụng thuật toán di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 84
4.1.1 Giới thiệu thuật toán di truyền 84
4.1.2 Một số tính chất của thuật toán di truyền 85
4.1.3 Một số nghiên cứu liên quan 85
4.2 Phương pháp đề xuất 87
4.2.1 Mô tả bài toán và hàm mục tiêu 87
4.2.2 Đề xuất phương pháp sử dụng thuật toán GA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 90
4.3 Kiểm tra và đánh giá kết quả trên lưới mẫu IEEE 99
4.4 Kết luận chương 113
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Trang 7vii
DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT
P, Q kW, KvAr Công suất trung bình tại nút
Pi kW Công suất tác dụng trên nhánh i
Qi kVAr Công suất phản kháng trên nhánh i
Ili A, kA Dòng điện khi chưa kết nối DG
IDG A, kA Dòng khi DG hoạt động;
PDgi kW Công suất của nguồn điện phân tán
ΔPi: kW Tổn thất công suất tác dụng trên nhánh thứ i
Ploss kW Tổn thất công suất tác dụng của hệ thống;
RMNLoop Ω Tổng điện trở các nhánh trong vòng kín MN
Simax kVA Khả năng mang tải của nhánh thứ i
PL kW Hàm tổn thất công suất tác dụng
IPi, IQi A, kA Dòng thành phần của nhánh thứ i trong lưới có n nhánh
IPlDG , IQlDG A, kA Các thành phần dòng điện của DG thứ l trong lưới
t
f
0,1 1 nếu đường dây ft làm việc, 0 nếu đường dây ft không
làm việc
Cij Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ij
Lij Tổn thất của nhánh nối từ nút i đến nút j
Trang 8viii
tf
ft Các đường dây được cung cấp điện từ máy biến áp t
Hằng số thích nghi,
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
Trang 9ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Phạm vi ứng dụng của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 6
Bảng 2.1 Nhánh trên sơ đồ 32 35
Bảng 2.3 Thông số lưới điện và tụ bù 48
Bảng 2.4 Kết quả cấu trúc lưới điện 48
Bảng 2.5 Quá trình phân bố phụ tải giai đoạn 1 lưới điện 16 nút không có DG 52
Bảng 2.6 Quá trình phân bố phụ tải giai đoạn 1 của lưới điện 16 nút có 2 DG 53
Bảng 2.7 Quá trình phân bố phụ tải giai đoạn 1 lưới điện 16 nút có DG nút 9 55
Bảng 2.8 Quá trình phân bố phụ tải giai đoạn 1 lưới điện 16 nút có DG nút 13 56
Bảng 2.9 Kết quả tổng kết khảo sát trên lưới điện phân phối 16 nút 56
Bảng 2.10 Thông số các DG [11] 57
Bảng 2.11 Bảng so sánh trước và sau khi tái cấu trúc lưới điện 33 nút 57
Bảng 2.12 Bảng so sánh trước và sau khi tái cấu trúc lưới điện 69 nút 59
Bảng 3.1 So sánh quá trình vật lý và bài toán tối ưu 64
Bảng 3.2 So sánh thuật toán SA với các thuật toán khác 78
Bảng 3.3 Bảng tổng hợp so sánh phương pháp đề xuất với phương pháp khác 80
Bảng 3.4 Thông số các DG [11] 81
Bảng 3.5 So sánh thuật toán SA với PSO và PSS/ADEPT trên lưới 33 nút 82
Bảng 4.1 Kết quả thực hiện bằng hai phương pháp trên hệ thống 16 nút 101
Bảng 4.2 Kết quả thực hiện trên hệ thống 16 nút 101
Bảng 4.3 Kết quả thực hiện trên mạng 33 nút bằng phương pháp 1 106
Bảng 4.4 Kết quả thực hiện hai giai đoạn trên hệ thống 33 nút 107
Bảng 4.5 So sánh kết quả thực hiện với cấu trúc ban đầu 109
Bảng 4.6 So sánh kết quả thực hiện với một số phương pháp 110
Bảng 4.7 Kết quả thực hiện hai giai đoạn trên lưới điện phân phối 69 nút 112
Bảng 4.8 So sánh kết quả thực hiện với các phương pháp trên LĐPP 69 nút 113
Trang 10x
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Vị trí vai trò của lưới điện phân phối 2
Hình 1.2 Mô hình lưới điện phân phối [11] 3
Hình 1.3 Sơ đồ điều khiển online bài toán tái cấu trúc lưới điện ……… 4
Hình 1.4 Phân loại bài toán tái cấu trúc theo phương pháp nghiên cứu 6
Hình 1.5 Lưu đồ thuật toán của Chen và Cho [9] 8
Hình 1.6 Lưu đồ thuật toán của Rubin Taleski và Dragoslav [90] 9
Hình 1.7 Sơ đồ đánh giá lưới điện phân phối của R.E.Lee và C.L.Brooks 6
Hình 1.8 Thuật toán của Merlin và Back được Shirmohammadi [80] cải tiến 8
Hình 1.9 Sơ đồ thuật toán của Civanlar và các cộng sự [17] 22
Hình 1.10 Mô phỏng thuật toán đàn kiến (ACS) 27
Hình 1.11 Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn (PSO) 29
Hình 2.1 Lưới điện phân phối tổng quát 33
Hình 2.2 Lưới điện 32 nút 37 nhánh của nút Baran [11] 35
Hình 2.3 Thành phần của dòng điện vận hành hở có tụ bù và máy phát phân tán 36
Hình 2.4 Mạch vòng lưới điện phân phối 36
Hình 2.5 Quá trình chuyển mạch đóng/cắt phân bố phụ tải 36
Hình 2.6 Lưới điện phân phối gồm máy phát và tụ bù 39
Hình 2.7 Sơ đồ thuật toán tái cấu trúc lưới điện có DG và tụ bù tìm P bé nhất 46
Hình 2.8 Sơ đồ lưới điện đơn giản xét ảnh hưởng tụ bù 48
Hình 2.9 Sơ đồ lưới điện phân phối 3 nguồn 49
Hình 2.10 Sơ đồ lưới điện 16 nút – IEEE 51
Hình 2.11 Sơ đồ mạng 1 nguồn 33 nút có 4 DG [11] 57
Hình 2.12 Sơ đồ lưới điện phân phối 69 nút IEEE 58
Hình 3.1 Mô hình không gian của thuật toán SA 63
Hình 3.2 Lưới điện IEEE gồm 3 nguồn.(a,b là sơ đồ trước, sau khi tái cấu trúc) 70
Hình 3.3 Sơ đồ thuật toán SA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện 73
Hình 3.4 Sơ đồ lưới điện có kết nối nguồn phân tán 74
Hình 3.5 Sơ đồ thuật toán SA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện có xét DG 76
Hình 3.6 Lưới điện mẫu 33 nút IEEE - Baran & Wu 77
Trang 11xi
Hình 3.7 Cấu hình sau khi tái cấu trúc lưới điện Baran - Wu 77
Hình 3.8 Đặc tính hội tụ của thật toán 78
Hình 3.9 Đồ thị điện áp của các nút 78
Hình 3.10 Sơ đồ lưới điện 16 nút – IEEE 79
Hình 3.11 Quá trình hội tụ thuật toán SA 79
Hình 3.12 Đồ thị điện áp của các nút 79
Hình 3.13 Sơ đồ 1 nguồn 33 nút có 4 DG [10] 81
Hình 3.14 Quá trình hội tụ của lưới điện 33 nút không có các DG 81
Hình 3.15 Quá trình hội tụ của lưới điện 33 nút có các DG 81
Hình 4.1 Cơ chế ghép chéo của thuật toán GA 91
Hình 4.2 Cơ chế đột biến trong thuật toán GA 92
Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán của thuật toán GA để thực hiện 93
Hình 4.4 Lưới điện phân phối kín và hở 94
Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán GA với 2 giai đoạn 98
Hình 4.6 Lưới điện 3 nguồn 99
Hình 4.7 Điện áp trước và sau khi thực hiện tối ưu 102
Hình 4.8 Đặc tính hội tụ của thuật toán di truyền 102
Hình 4.9 Lưới điện 33 nút của IEEE 103
Hình 4.10 Vị trí DG, cấu trúc lưới tối ưu giảm tổn thất công suất phương pháp 1 105 Hình 4.11 Điện áp các nút trước và sau khi thực hiện phương pháp 1 105
Hình 4.12 Tổn thất công suất trên các nhánh của phương pháp 1 105
Hình 4.13 Đặc tính hội tụ của thuật toán theo phương pháp 1 106
Hình 4.14 Đặc tính hội tụ của thuật toán di truyền giai đoạn 1 - phương pháp 2 107
Hình 4.15 Đặc tính hội tụ của thuật toán di truyền giai đoạn 2 - phương pháp 2 108
Hình 4.16 Điện áp các nút trong hai giai đoạn tính toán bằng phương pháp 2 108
Hình 4.17 Điện áp trước và sau khi tối ưu lưới điện bằng phương pháp 2 108
Hình 4.18 Cấu trúc lưới tối ưu bằng phương pháp 2 109
Hình 4.19 Sơ đồ lưới điện phân phối 69 nút IEEE 111
Hình 4.20 Đặc tính hội tụ của GA trong giai đoạn – I trên lưới điện 69 nút 113
Hình 4.21 Đặc tính hội tụ của GA trong giai đoạn – II trên lưới điện 69 nút 113
Trang 12Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối như: nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, thay đổi tiết diện dây dẫn, hoặc giảm truyền tải công suất phản kháng trên lưới điện bằng cách lắp đặt
tụ bù Trong các biện pháp nêu trên tính khả thi thực hiện là rất cao, tuy nhiên gặp phải vấn đề về vốn đầu tư, chi phí lắp đặt và thời gian sửa chữa sẽ ảnh hưởng đến
độ tin cậy cung cấp điện Một phương pháp mà được nghiên cứu nhiều đó là phương pháp tái cấu trúc lưới điện
Ngày nay khi các giải pháp về tự động hóa, công nghệ thông tin được triển khai mạnh mẽ thì một trong những giải pháp được nghiên cứu gần đây đó là phương pháp tái cấu trúc lưới điện Phương pháp tái cấu trúc lưới điện được thực hiện thông qua việc chuyển đổi tải bằng cách đóng/mở các cặp khoá điện có sẵn trên lưới, cũng
có thể giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng công suất giữa các
Trang 13xiii
tuyến đường dây mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện Không chỉ dừng lại ở mục tiêu giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc lưới điện phân phối còn có thể nâng cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối đường dây, giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây và tăng
độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống lưới điện phân phối
Trong quá trình vận hành thực tế, việc vận hành lưới điện phân phối thông qua tái cấu trúc sẽ gặp khó khăn đối với các nhân viên vận hành do lưới phân phối có số lượng thiết bị đóng cắt lớn, việc tính toán đảm bảo các điều kiện kĩ thuật sẽ gặp khó khăn Do đó để áp dụng phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối cần có các phương pháp phân tích, thuật toán tính toán đủ mạnh để tái cấu trúc trong điều kiện thỏa mãn các mục tiêu và điều kiện ràng buộc của bài toán tái cấu trúc
Các thuật toán tái cấu trúc lưới điện phân phối luôn được xem xét dưới hai góc
độ phân tích đó là góc độ thiết kế và góc độ vận hành Ở góc độ bài toán thiết kế, thuật toán phải xem xét tính toán để chỉ ra được vị trí đặt khóa, sử dụng thiết bị đóng cắt nào để có thể cực tiểu hóa tổn thất năng lượng và giảm chi phí đóng/cắt khi chuyển mạch, giúp cho nhân viên điều độ, vận hành có không gian điều khiển
đủ lớn đáp ứng sự phát triển của phụ tải trong tương lai Ở góc độ vận hành trên cơ
sở các khóa có sẵn trên lưới điện, người điều độ cần phân tích, tính toán chỉ ra được cấu trúc vận hành tối ưu sao cho chi phí vận hành và tổn thất bé nhất, tương tự khi
có sự cố, hay sửa chữa cần phải thay đổi, cũng cần có cấu trúc mới để giảm thiểu số lượng khách hàng mất điện, chống quá tải trên các nhánh của lưới, đảm bảo điện năng và giảm thiểu tối đa tổn thất năng lượng Trong luận án tác giả nghiên cứu bài toán tái cấu trúc lưới điện dưới góc độ vận hành
Trí tuệ nhân tạo (Artificical intelligent) là một lĩnh được áp dụng nhiều trong các bài toán thực tế Cụ thể các ứng dụng bao gồm các tác vụ điều khiển, lập kế hoạch
và lập lịch (scheduling), các hệ chuyên gia về chẩn đoán bệnh, trả lời khách hàng về các sản phẩm của một công ty, nhận dạng chữ viết tay, nhận dạng tiếng nói và khuôn mặt…vv Bởi vậy việc nghiên cứu và áp dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo,
đã trở thành một hướng nghiên cứu đang được quan tâm hiện nay, với mục đích
Trang 141 Xác định cấu trúc tối ưu của hệ thống cung cấp điện
2 Đánh giá và chuẩn đoán sự cố của các phần tử trên hệ thống lưới điện
3 Dự báo nhu cầu phụ tải điện trong các giai đoạn khác nhau như: ngắn hạn, trung hạn và dài hạn
4 Điều khiển và tự động hóa lưới điện ở tất cả các cấp: Sản xuất, truyền tải, tiêu thụ điện năng
5 Dự báo và định giá điện năng trong thị trường điện trong tương lai
6 Mô phỏng hệ thống lưới điện, các thiết bị điện
7 Bảo vệ và cài đặt điều khiển hệ thống
8 Tính toán các bài tối ưu trong hệ thống như: Bài toán vận hành tối ưu hồ chứa, tính toán vận hành chi phí nhiêu liệu trong nhà máy nhiệt điện, các bài toán tính các chế độ vận hành hệ thống
Các bài toán tính toán tối ưu trong hệ thống điện có đặc điểm là không gian nghiệm lớn, khối lượng tính toán nhiều, các tham số tham gia trong quá trình là các tham số biến động, hàm mục tiêu có nhiều các điều kiện ràng buộc, đặc biệt là tính đáp ứng thời gian thực của bài toán Do đó việc sử dụng các phương pháp cổ điển
sẽ gặp nhiều khó khăn Bài toán tái cấu trúc lưới điện là bài toán tối ưu, trong đó nghiệm của bài toán là trạng thái đóng/mở của các khóa (CDL, Reclose…) để vận hành tối ưu hệ thống lưới điện phân phối Việc tìm ra phương án tối ưu dựa trên việc thay đổi trạng thái của các thiết bị đóng cắt trên sơ đồ lưới điện và yêu cầu thời gian tính toán, phân tích để đưa ra phương án cần thực hiện nhanh để đáp ứng được yêu cầu của hệ thống điện Bài toán tái cấu trúc lưới điện, thực tế là mô hình của bài toán điều khiển tối ưu, để tìm ra lời giải tối ưu theo hàm mục tiêu và hàm ràng buộc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Trang 15xv
2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án
Mục tiêu của luận án là phân tích và đưa ra các phương pháp mới cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối Nhằm mục tiêu giảm tổn thất công suất, sử dụng các thuật toán đề xuất làm cơ sở nghiên cứu tổn thất công suất và các bài toán đối với hàm đa mục tiêu, cụ thể luận án có các nhiệm vụ sau:
Đề xuất thuật toán theo phương pháp Heuristic áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất xét trong trường hợp có nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện phân phối
Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán khi kết nối vào lưới điện phân phối, ảnh hưởng đến bài toán tái cấu trúc lưới điện
Đề xuất thuật toán theo phương pháp Meta Heuristic pháp mới cho bài toán tái cấu trúc lưới điện với hàm mục tiêu giảm tổn thất điện năng trong các trường hợp có kết nối nguồn điện phân tán, không có kết nối nguồn điện phân tán và trường hợp có xét đến vị trí và dung lượng của nguồn điện phân tán khi kết nối lưới điện phân phối
3 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung vào bài toán tái cấu trúc trên lưới điện phân phối có cấu trúc mạch vòng và vận hành hình tia, bài toán tái cấu trúc được xem xét cụ thể với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất kèm theo các điều kiện ràng buộc
Bài toán tái cấu trúc với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất trong trường hợp không có nguồn điện phân tán kết nối vào lưới và trong trường hợp có nguồn điện phân tán kết nối vào lưới
Bài toán tái cấu trúc lưới điện có xét đến vị trí và công suất của nguồn điện phân tán khi kết nối vào lưới điện phân phối với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất
Phương pháp đề xuất được kiểm tra trên các lưới mẫu của IEEE để đánh giá
độ chính xác và tin cậy của phương pháp
4 Phương pháp nghiên cứu
Luận án sử dụng các phương pháp lí thuyết và kiểm chứng trên các lưới điện
mẫu của IEEE đồng thời so sánh với các nghiên cứu khác để đánh giá, cụ thể:
Trang 16xvi
Nghiên cứu áp dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
Sử dụng phương pháp mô phỏng để kiểm tra độ chính xác của các thuật toán
đề xuất thông qua việc kiểm tra trên các bài toán mẫu của IEEE
5 Điểm mới của luận án
Các điểm mới của luận án được thể hiện trong các công trình nghiên cứu của tác giả, tập trung chính vào các điểm sau:
Đề xuất phương pháp cho bài toán tái cấu trúc lưới điện dựa trên luật kinh nghiệp “Heuristic” với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất và xét trong 2 trường hợp, không có kết nối nguồn điện phân tán và có kết nối nguồn điện phân tán, ưu điểm của thuật toán đề xuất:
- Thuật toán xây dựng hàm tối ưu cho bài toán tái cấu trúc lưới điện
- Đề xuất được luật kinh nghiệm để giảm khối lượng tính toán, việc tính cho bài toán chế độ xác lập chỉ cần tính 1 lần, không phải lặp đi lặp lại
- Kết quả tính toán được kiểm tra trên lưới mẫu IEEE
Đề xuất cải tiến thuật toán mô phỏng luyện kim cho bài toán tái cấu trúc lưới điện với hàm hàm mục tiêu giảm tổn thất điện năng, ưu điểm của thuật toán là:
- Sử dụng bậc của khóa để thay đổi trạng thái đóng mở của các khóa
- Xây dựng hàm giá đảm bảo hàm mục tiêu của bài toán tái cấu trúc lưới điện
- Thuật toán đã đề xuất được hàm giảm nhiệt độ, điều kiện dừng của thuật toán
- Thuật toán có thời gian hội tụ nhanh
- Kết quả được kiểm tra trên bài toán mẫu IEEE
Đề xuất sử dụng thuật toán di truyền cho bài toán tái cấu trúc có xét đến vị trí
và công suất của nguồn điện phân tán khi kết nối với lưới điện phân phối với hàm mục tiêu giảm tổn thất điện năng Kết quả nghiên cứu đưa ra 2 phương pháp:
- Phương pháp 1 đề xuất sử dụng thuật toán di truyền khi đồng thời tìm vị trí, công suất và cấu trúc tối ưu đồng thời Đối với phương pháp này, kết quả tính toán chính xác trên các lưới mẫu, tuy nhiên trong phương pháp này tốc độ tính toán còn chưa nhanh
Trang 17xvii
- Phương pháp 2 đề xuất giải quyết thành 2 giai đoạn, giai đoạn 1 tìm được vị trí và công suất của nguồn phân tán, giai đoạn 2 tìm cấu trúc tối ưu khi đã có kết nối của nguồn phân tán Ưu điểm của phương pháp này cho tốc độ tính toán nhanh hơn
- Kết quả nghiên cứu của 2 phương pháp đề xuất được thử nghiệm trên lưới mẫu và được so sánh với nhau
6 Giá trị thực tiễn của luận án: Các kết quả nghiên cứu của luận án đạt được có giá trị thực tiễn trong vấn đề nghiên cứu về bài toán tái cấu trúc và áp dụng thực tế:
Phương pháp đề xuất theo hướng nghiên cứu Heuristic một lần nữa khẳng định được việc áp dụng các luật kinh nghiệm và phương pháp tối ưu cho các bài toán tối ưu vẫn được sử dụng tốt trong một số trường hợp, tuy nhiên để thực hiện được phương pháp này, đòi hỏi người xây dựng phải nắm bắt được rõ về tính chất
cũng như đặc điểm của bài toán
Phương pháp nghiên cứu theo hướng MetaHeuristic hiện nay được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực, đối với bài toán tái cấu trúc lưới điện tác giả đề xuất sử dụng thuật toán mô phỏng luyện kim và thuật toán di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới điện với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất trong trường hợp có nguồn điện phân tán và không có nguồn điện phân tán và trường hợp có xét đến vị trí, dung lượng nguồn điện phân tán kết nối với lưới phân phối Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng thuật toán MetaHeuristic có rất nhiều ưu điểm, như số lượng không gian nghiệm lớn, thời gian xử lí nhanh,…đây là 2 yếu tố cần thiết khi thực hiện trên các lưới điện thực tế
Là công cụ hỗ trợ ra quyết định cho việc thiết kế, vận hành lưới điện phân
phối khi tham gia vào thị trường điện cạnh tranh
Tạo các tình huống khác nhau trong lưới điện phân phối để khảo sát các
trường hợp đề xuất
7 Bố cục luận án: Luận án được chia làm 4 chương
Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
Trong chương này tác giả trình bày tổng quan về lưới điện phân phối và bài toán tái cấu trúc lưới điện, mô hình toán học của bài toán tái cấu trúc lưới điện, phân tích
Trang 18xviii
và tìm hiểu các phương pháp đã được nghiên cứu, từ đó có định hướng nghiên cứu trong luận án của mình
Chương 2: Phương pháp Heuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
Trong chương này tác giả trình bày kết quả nghiên cứu sử dụng luật kinh nghiệm
“Heuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện với hàm mục tiêu giảm tổn thất điện năng, áp dụng cho trường hợp có kết nối/không kết nối nguồn điện phân tán
Chương 3: Phương pháp MetaHeuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân
phối
Trong chương này tác giả trình bày kết quả nghiên cứu sử dụng thuật toán mô phỏng luyện kim cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối với hàm mục tiêu giảm tổn thất điện năng, được xét trong hai trường hợp không có kết nối nguồn điện phân tán và có kết nối nguồn điện phân tán
Chương 4: Thuật toán di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét
đến quy hoạch nguồn điện phần tán
Trong chương này tác giả trình bày kết quả nghiên cứu sử dụng thuật toán di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới điện có xét đến vị trí và dung lượng của nguồn điện phân tán khi kết nối vào lưới điện
Trang 19CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
VÀ BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Giới thiệu: Trong chương này tác giả trình bày tổng quan về lưới điện phân
phối, giới thiệu bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối, trên cơ sở phân loại bài toán tái cấu trúc lưới điện theo hàm mục tiêu, theo phương pháp giải bài toán và đánh giá tình hình nghiên cứu của bài toán tái cấu trúc lưới điện Tác giả trình bày
mô hình toán học của bài toán, các điều kiện ràng buộc cũng như giả thiết để đơn giản hóa bài toán tái cấu trúc lưới điện Ngoài ra tác giả trình bày một số nghiên cứu điển hình của bài toán này đã được nghiên cứu từ trước đến nay, để có được định hướng cho các nghiên cứu của mình trong các chương tiếp theo
1.1 Giới thiệu tổng quan lưới điện phân phối
1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối là thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện từ nơi sản xuất đến các hộ tiêu thụ điện, được trải rộng trên toàn bộ lãnh thổ của các quốc gia Lưới điện phân phối có thể được thiết kế có cấu trúc mạch vòng hoặc cấu trúc hình tia, tuy nhiên vì lý do kỹ thuật và điều kiện vận hành nên nó được vận hành theo cấu trúc hình tia 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 (ánh sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp …) 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
Trang 20Hình 1.1 Vị trí vai trò của lưới điện phân phối
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, 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 (Recloser, LBS, DS…) 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 năng lượng 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 năng lượng Bên cạnh đó, trong quá trình
110/22kV
Máy phát phân tán Trạm ngắt
Trạm ngắt
22/0,4kV 22/0,4kV
Dây nổi trung áp Cáp ngầm trung áp
Trang 21phát 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, sụt áp trong phạm vi 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
Trong hình vẽ 1.2 là sơ đồ 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 LN4 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 1.2 Mô hình lưới điện phân phối [11]
Khi vận hành hệ thống điện phân phối như trên Hình 1.2 có thể có tổn thất cao nhưng có thể giảm tổn thất công suất 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
RC3 SW3
SW1 RC1
Trang 22dung của các thuật toán tái cấu trúc lưới (điều này đã được chứng minh trong các bài báo liên quan) 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 thuật toán tìm điểm mở trên lưới điện phân phối để có thể nhanh chóng tìm ra cấu trúc vận hành tốt nhất cho lưới điện theo các mục tiêu điều khiển
1.1.2 Giới thiệu bài toán tái cấu trúc lưới điện
a Giới thiệu bài toán tái cấu trúc lưới điện
Bài toán tái cấu trúc lưới điện là bài toán điều khiển trạng thái của các thiết bị đóng/ cắt trên lưới điện phân phối, trong các trường hợp vận hành nhằm đảm bảo một số mục tiêu cụ thể: Như đảm bảo khả năng cung cấp điện, tăng độ tin cậy, giảm tổn thất công suất,…
Hình 1.3 Sơ đồ bài toán tái cấu trúc điều khiển online
Trên hình vẽ 1.3 là sơ đồ bài toán tái cấu trúc lưới điện điều khiển online Với bài toán điều khiển hệ thống lưới điện online này, khi có sự thay đổi về dự báo phụ tải (thay đổi về tải), nguồn cung cấp (DG) hay các sự cố trong quá trình vận hành lưới điện, yêu cầu phải thay đổi cấu trúc vận hành của hệ thống, để thực hiện được việc này thì phải giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện với các hàm mục tiêu
Dự báo phụ tải và
nguồn DG
Cấu hình đang vận hành
Bài toán tái cấu
Vận hành cấu hình ban đầu
Dự báo phụ tải, nguồn, sự cố,…
Trang 23khác nhau, như hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất ∆P, sau khi tìm được cấu trúc tối ưu hay chính là trạng thái của các thiết bị đóng/cắt được điều khiển để có được cấu hình vận hành Điều khiển trạng thái của thiết bị đóng cắt trong trong bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối online có đặc điểm là số thiết bị trên lưới điện lớn, việc giải bài toán này là bài toán phi tuyến rời rạc nên thường gặp khó khăn về thời gian tính toán, khối lượng tính toán lớn, do đó việc nghiên cứu tìm ra phương pháp giải giảm thời gian tính toán, khối lượng tính toán là vấn đề cần phải giải quyết
b Phân loại bài toán tái cấu trúc lưới điện Bài toán tái cấu trúc lưới điện có
thể được phân loại theo các cách khác nhau, tuy nhiên có thể thống kê được 2 cách
phân loại như sau:
*Phân loại theo hàm mục tiêu: 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
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 điện 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, ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến tái cấu trúc lưới điện phân phối…vv (Hàm đa mục tiêu)
Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới điện để đảm bảo mục tiêu giảm năng lượng
ngừng cung cấp hay nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
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
Trang 24Bảng 1.1 Phạm vi ứng dụng của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
Chi phí chuyển tải thấp, không mất
Chi phí chuyển tải cao, mất điện
*Phân loại theo phương pháp nghiên cứu: Dựa trên việc tổng kết các nhóm nghiên
cứu từ trước đến nay bài toán tái cấu trúc có thể được chia thành các nhóm chính
Hình 1.4 Phân loại bài toán tái cấu trúc theo phương pháp nghiên cứu
Việc phân loại bài toán tái cấu trúc theo ba hướng nghiên cứu chính trên còn hướng nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp đó là lai ghép dựa trên các phương pháp trên Việc nghiên cứu bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối được đặt nền móng nghiên cứu từ những năm 1970, bắt đầu bằng các phương pháp giải tích toán học để giải quyết, nhược điểm của các phương pháp này đó là khối lượng tính toán
Phân loại phương pháp giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
Phương pháp toán học
giải tích
Phương pháp Heuristic (luật kinh nghiệm)
Phương pháp Meta Heuristic (sử dụng các thuật toán AI)
Trang 25lớn, do đó khả năng tính toán đối với các sơ đồ lưới điện lớn gặp khó khăn, thời gian tính toán lâu, tuy nhiên độ chính xác cao Tiếp theo là hướng nghiên cứu dựa vào luật kinh nghiệm (Heuristic) nhằm mục tiêu giảm khối lượng tính toán cũng như giảm thời gian tính toán bằng cách sử dụng các luật kinh nghiệm, dựa vào các luật kinh nghiệm, phương pháp này đã giảm được phần nào khối lượng tính toán thông qua các “luật”, tuy nhiên trong phương pháp này gặp phải khó khăn khi xây dựng các luật kinh nghiệm ngoài ra kết quả của bài toán được cho là tối ưu nhưng chưa chắc đã là tốt nhất Ngày nay khi khoa học công nghệ, đặc biệt là các thuật toán xử lý với khối lượng tính toán lớn ra đời, đã cho phép giải quyết các bài toán tối ưu một cách dễ dàng hơn, khắc phục được các nhược điểm của các phương pháp trước đây đó là phương pháp sử dụng các thuật toán AI như thuật toán di truyền, mô phỏng luyện kim, thuật toán bầy đàn, thuật toán đàn ong,…
* Một số kết quả nghiên cứu của các bài toán tái cấu trúc
Bài toán 3 – Xác định cấu trúc lưới giảm P là bài toán quan trọng nhất
Bài toán xác định cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng – bài toán 3 là một bài toán quan trọng, được xem như một module để giải quyết các bài toán khác trong hệ thống các bài toán tái cấu trúc lưới Điều này được chứng minh qua các thuật toán của các nghiên cứu từ trước đến nay
Bài toán 1 - Cực tiểu hàm chi phí vận hành
Hàm mục tiêu này rất phù hợp với lưới điện phân phối có chi phí chuyển tải thấp, linh hoạt trong vận hành, cấu trúc lưới có thể thay đổi nhiều lần trong ngày
Đi đầu trong nghiên cứu bài toán này có lẽ là C.S.Chen và M.Y.Cho [15] khi có xem xét sự khác biệt giữa thời gian khảo sát ngắn (24 giờ) và dài (tuần, mùa) Từ nghiên cứu của mình, năm 1993, C.S.Chen và M.Y.Cho [16] tiếp tục hoàn thiện phương pháp của mình Lưu đồ thuật toán xác định cấu trúc lưới điện để có chi phí vận hành thấp của Chen và Cho được trình bày tại hình 1.4 Trong lưu đồ này, module quan trọng nhất là module chỉ ra cấu trúc vận hành tối ưu trong thời khoảng
Ti, và được đánh giá là bài toán 3 Việc thay đổi cấu trúc lưới như sau:
Xuất phát từ một cấu trúc lưới điện tối ưu tại một thời điểm nào đó - bài toán 3, sau đó so sánh tổn thất công suất giữa cấu trúc cũ và cấu trúc mới để xác định cấu trúc vận hành cho thời điểm tiếp theo, quá trình được xem xét cho đến hết 24 giờ
Trang 26Ưu điểm nổi bật là thuật toán đơn giản, trong sáng Tuy nhiên thời gian giải lâu do phải lặp lại bài toán 3 theo từng thời đoạn trong thời gian khảo sát, tác giả cũng không lý giải chặt chẽ giá trị công suất đẳng trị của phụ tải để xác định cấu trúc tối ưu trong thời đoạn Ti Quan trọng hơn, cấu trúc vận hành hoàn toàn phụ thuộc vào thời đoạn xét ban đầu
Với cùng ý tưởng này BroadWater và các cộng sự [10] cũng có nghiên cứu trong cùng năm Tuy nhiên phải đến 1997 khi Shirmohammadi [80] trình bày một thuật toán xác định cấu trúc lưới điện dự trên hàm chi phí vận hành lưới điện bao gồm phần tổn thất công suất được qui ra tiền và chi phí chuyển đổi trạng thái cấu trúc lưới điện Shirmohammadi sử dụng thuật toán tái cấu trúc giảm tổn thất công suất của Civanlar [17] nhưng áp dụng chúng trong một thời đoạn Ti, đồng thời cũng phát biểu bài toán 1 chỉ thực sự phù hợp cho lưới điện có hệ thống SCADA hoàn chỉnh và các khoá điện được điều khiển từ xa khi áp dụng cho lưới điện thực tế của công ty Pacific Gas and Electricity–San Francisco, California–Mỹ
Hình 1.5 Lưu đồ thuật toán của Chen và Cho [9]
Bài toán 2 - Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng
Trong thực tế, ngay cả ở những nước công nghiệp tiên tiến, chi phí chuyển tải ảnh hưởng rất lớn đến quyết định thay đổi cấu trúc lưới Vì đôi khi chi phí này lớn hơn nhiều lợi ích thu được Vì thế trong vận hành, cấu trúc lưới chỉ thay đổi khi:
Trang 27- Phải cô lập sự cố và tái cấu trúc lưới chống quá tải lưới, máy biến thế nguồn
- Mức giảm tổn thất năng lượng ít nhất đủ bù đắp các chi phí chuyển tải
Hình 1.6 Lưu đồ thuật toán của Rubin Taleski và Dragoslav [90]
Bắt đầu
Dữ liệu vào: Lưới điện, phụ tải vv -Tất cả các vòng ở trạng thái không tối ưu Tối ưu hóa các vòng độc lập
Tính điện áp trung bình tại các nút và dòng công suất trung bình Đánh dấu các vòng ở trạng thái không tối ưu khi có dòng công suất thay đổi
Vi phạm điều kiện
có tối ưu không
- Chọn vòng kế tiếp để tối ưu
- Ước tính tổn thất năng lượng giảm
- Chọn nhánh trong vòng để mở
Tìm được nhánh
mở tốt nhất
Đánh dấu vòng vừa mở là tối ưu
Thay đổi cấu trúc và lưu để so sánh với vòng lặp kế tiếp
Cấu trúc lưới điện tối ưu
Trang 28Vì vậy xuất hiện bài toán 2 - Xác định cấu trúc lưới điện không đổi trong thời gian khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất
Tiếp cận bài toán này, Rubin Taleski [90] đề nghị một thuật toán cũng dựa vào thuật toán giảm tổn thất công suất thuần heuristic của Civanlar [17] nhưng thay hàm tổn thất công suất bằng hàm tổn thất năng lượng được xây dựng bằng cách cộng đồ thị phụ tải và điện áp trung bình tính trong 24 giờ theo lưu đồ hình 1.5
Ưu điểm nổi bật của thuật toán là số vòng lặp của bài toán giảm DA bằng với số vòng lặp tìm cấu trúc lưới có DP sau khi qui đổi đồ thị phụ tải, điện áp thành một lượng công suất đẳng trị để có thể sử dụng công thức giảm tổn thất công suất của Civanlar [17] Công thức tính tổn thất công suất đẳng trị được trình bày tại 1.1
m 1
a m
"
) i ( m
"
) i ( m 2 M m 2
z m
"
) i ( m
"
) i ( m 2 M
m Change
V
R )
i ( C Q j P V
R Q
j P V
R Re
1
P ) k ,i
n 1
P ) j ( 2 n
1
i
n 1
P ) j (
D
trong đó: P,Q : Công suất trung bình tại nút
P", Q" : Công suất trung bình cần chuyển tải
2P, 2Q : Moment bậc 2 của đồ thị phụ tải P và Q của tải có trên lưới Tuy nhiên những nhược điểm cơ bản của thuật toán đó là:
- Do sử dụng thuật toán nền của Civanlar [17] nên thời gian giải lâu do phải tính lại độ giảm tổn thất công suất đẳng trị (đại diện cho việc giảm DA) trên một vòng kín khi đánh giá tìm vòng kín chuyển tải tốt nhất
- Khi trên lưới có quá nhiều loại đồ thị phụ tải, xác định tổn thất công suất đẳng trị cũng rất phức tạp làm giảm tốc độ tính toán đáng kể do phải tính các chỉ số 2P,
2Q khi cộng các đồ thị phụ tải với nhau
- Trong thực tế, để có đầy đủ đồ thị phụ tải của tải là điều khó khăn
Nhận xét:
- Bài toán cực tiểu tổn thất năng lượng là một bài toán quan trọng đối với những lưới điện có hệ thống SCADA chưa phát triển và không được trang bị nhiều các
Trang 29thiết bị đóng cắt có tải nên chi phí chuyển tải cao Do đó phù hợp với điều kiện vận hành lưới điện phân phối của Việt Nam
- Các thuật toán của Rubin Taleski [90] yêu cầu đến đồ thị phụ tải của từng tải tiêu thụ trong hệ thống Đây là thông số khó đáp ứng nhất vì phải trang bị rất nhiều
bộ ghi dữ liệu rất đắt tiền Vì vậy, xây dựng một thuật toán tái cấu trúc lưới cực tiểu
A mà không cần dùng dạng đồ thị phụ tải là một điều cần thiết
Bài toán 4 - Cân bằng công suất giữa các đường dây và trạm biến áp
Thuật toán này áp dụng phù hợp cho những khu vực thường xuyên bị quá tải hay có phụ tải không ổn định Trong [91], Tim Taylor đề nghị một hàm mục tiêu khác nhưng chỉ xem xét đến cân bằng tải giữa các máy biến thế nguồn của lưới điện phân phối
H.Yuan-Yih Hsu [44] cũng sử dụng hàm mục tiêu tương tự ở [91] nhưng áp dụng cho toàn bộ phần tử lưới điện gồm máy biến thế, khoá điện, đường dây
Nhưng đơn giản và hiệu quả nhất có lẽ là Baran [11] khi đưa ra hàm mục tiêu cân bằng tải cho toàn bộ các phần tử trên lưới điện dựa vào bài toán 3 để giải quyết Hàm mục tiêu cân bằng tải có dạng như sau:
A và Simax : Khả năng mang tải của nhánh thứ i
Hàm cân bằng tải viết tại (1.2) chính là hàm tổn thất công suất nếu cho thay chỉ
số Ai bằng điện trở nhánh Ri tương ứng Với lý luận này, Baran đã chuyển bài toán tái cấu trúc cân bằng tải thành bài toán tái cấu trúc giảm tổn thất công suất
Bài toán 5 – Tái cấu trúc lưới điện phân phối sau sự cố
Đây là mục tiêu được đông đảo các nhà khoa học đề cập trong các nghiên cứu của mình Tuy có nhiều hướng nghiên cứu riêng biệt nhưng chủ yếu các thuật toán vẫn theo các trình tự như sau:
- Loại bỏ phần tử bị sự cố trên lưới
- Tái cấu trúc lưới để cấp điện với số khách hàng tối đa mà không gây quá tải
Trang 30Các thuật toán nghiêng về cách sử dụng hàm mục tiêu cân bằng tải và giảm số lần thao tác khoá để khôi phục lưới Những nghiên cứu sâu về bài toán này phải kể đến nghiên cứu của Liu[62] hay của Tomsovic [102]…
Bài toán 6 - Tái cấu trúc lưới theo hàm đa mục tiêu
Như đã trình bày, trong vận hành lưới điện phân phối có rất nhiều mục tiêu vận hành mà người điều độ viên phải lựa chọn sao cho phù hợp với các đặc tính của lưới điện tại khu vực mà mình đang trực tiếp vận hành Tuy nhiên, việc chọn duy nhất một mục tiêu điều khiển theo từng thời điểm tỏ ra không có tính thuyết phục đối với người vận hành hơn khi cùng lúc thỏa mãn nhiều mục tiêu cùng lúc Đã có nhiều nghiên cứu trong việc giải quyết bài toán đa mục tiêu như của Baran trong [11] khi xem xét cả 2 mục tổn thất công suất và cân bằng tải Trong [18] đề cập vấn đề xem xét đến cả việc giảm độ sụt áp khi xét hàm giảm tổn thất công suất Trong [74] lại
đề nghị một hàm đa mục tiêu bao gồm: Cực tiểu tổn thất công suất, cân bằng tải giữa các máy biến thế, cực tiểu tổn thất điện áp, cực tiểu số lần đóng cắt và cân bằng số tải quan trọng trên các máy biến thế trung gian Đây là một hàm đa mục tiêu khá đầy đủ, được trình bày tại biểu thức
F = CLPL + CBB + CDD + CWW + CEE (1.3) trong đó PL: Hàm tổn thất công suất tác dụng
B: Hàm cân bằng tải giữa các máy biến thế của trạm trung gian
D: Hàm số thể hiện độ sụt áp cuối lưới
W:Hàm số thể hiện mức độ sự cố của lưới điện
E: Hàm số thể hiện mức độ cân bằng của các phụ tải quan trọng
CL, CB, CD, CW, CE là các hệ số trọng lượng liên kết các hàm mục tiêu đơn lẻ trong hàm đa mục tiêu F
Nhận xét:
Các nghiên cứu trên đều đưa ra hàm đa mục tiêu gồm các hàm mục tiêu cơ bản
có quan hệ tuyến tính với hàm F Điều này gặp một số khuyết điểm như sau:
- Do hàm đa mục tiêu F ở [11, 18, 74] được xây dựng là tổ hợp tuyến tính của các mục tiêu cơ bản, nên cần xác định các hệ số trọng lượng giữa các thành phần này Tuy nhiên, không thể áp dụng các hệ số giống nhau giữa các khu vực khác nhau, giữa lưới nổi và ngầm hay giữa các quốc gia khác nhau
Trang 31- Đối với hệ thống lưới phân phối nổi trải trên một diện tích rộng lớn thì việc giảm tổn thất điện áp là mục tiêu quan trọng hơn cả mục tiêu giảm tổn thất công suất hay cân bằng tải vì ở đây lưới điện có công suất tải tiêu thụ không lớn Ngược lại hoàn toàn đối với lưới điện trong thành phố, khu công nghiệp do độ tập trung phụ tải cao nên việc cân bằng tải đôi khi còn quan trọng hơn cả việc giảm tổn thất công suất tác dụng
- Hơn nữa, rất khó xác định hệ số trọng lượng nêu trên với nhau cho bước thay đổi cấu trúc lưới tiếp theo vì chúng phụ thuộc hoàn toàn vào đồ thị phụ tải trong ngày Ngay cả khi lựa chọn mục tiêu cân bằng công suất và giảm tổn thất công suất, hay phải xem xét giảm độ sụt áp cuối lưới và cân bằng số tải trên các máy biến thế của trạm trung gian, mục tiêu nào quan trọng hơn cũng thực sự gây tranh cãi Vào giờ cao điểm, rõ ràng nên vận hành sao cho mức cân bằng công suất trên lưới là tốt hơn việc giảm tổn thất công suất và thoả mãn các điều kiện vận hành, nhưng nếu cân bằng công suất trên lưới thì có thể dẫn đến việc sụt áp lớn hơn giá trị cho phép Vào giờ thấp điểm, phụ tải tiêu thụ giảm mạnh, lúc này hệ số trọng lượng lại nặng
về phía tổn thất công suất giảm vì rất khó xảy ra quá tải trong thời điểm này
Vì vậy, để mô tả tỷ trọng giữa các mục tiêu trong hàm đa mục tiêu tốt hơn, cần phải xem các quan hệ giữa các hàm mục tiêu cơ bản và hàm đa mục tiêu là quan hệ phi tuyến Tuy nhiên, đây là bài toán khó vì khi thay đổi cấu trúc, có thể gây gián đoạn các hàm mục tiêu, hay nói cách khác: Có thể không giải quyết được bài toán 6 một cách trọn vẹn
Bên cạnh đó, các điều kiện ràng buộc trong vận hành không phải lúc nào cũng được các điều độ viên xem xét một cách cứng nhắc Họ có thể chấp nhận quá tải đường dây 10-20% [42], nhưng giảm số lần thao tác đóng/cắt các khoá điện hay tổn thất công suất sẽ giảm trong thời điểm tới Vì vậy, xây dựng phương pháp đánh giá cấu trúc lưới điện có tính thuyết phục cao là một điều cần thiết
1.1.3 Hiện trạng lưới điện phân phối Việt Nam
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:
Trang 32- 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 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 năng lượng bé nhất – bài toán 2
- Tái cấu trúc lưới điện chống quá tải, cân bằng tải (giữa các đường dây, 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
- Tái cấu trúc lưới điện giảm thiểu điện năng ngừng cung cấp cho khách hàng, đây là mục tiêu áp dụng cho những lưới điện phân phối sau cải tạo, có mức giảm tổn thất công suất không đáng kể khi áp dụng bài toán 3 hay bài toán 2 – bài toán 7
1.1.4 Mô hình bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
a Mô hình toán học lưới điện phân phối
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 trên toàn hệ thống
Trang 33Vấn 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 vị 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, tại [78] vấn đề được trình bày như sau:
ij ij n
i
n j
ij ij
trong đó n: Số nút tải có trên lưới
Cij: Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ij
Lij: Tổn thất của nhánh nối từ nút i đến nút j
Sij: Dòng công suất 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
ft : Có giá trị là 1 nếu đường dây ft làm việc, là 0 nếu đường dây ft
không làm việc
Trang 34Hàm mục tiêu (1.4) thể hiện tổng tổn thất 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 (1.5) 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 (1.6) và (1.7) Biểu thức (1.8) 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 (1.9)
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 [11]
b Một số giả thiết để đơn giản bài toán tái cấu trúc lưới
Bù công suất phản kháng khi xem xét bài toán tái cấu trúc lưới
Để giảm tính phức tạp của bài toán, một đặc điểm chung trong các giả thiết ban đầu của các nghiên cứu đều dựa vào một phần hay đầy đủ đề xuất của R.E.Lee và C.L.Brooks [1] khi tiếp cận bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối Trình tự 6 bước đánh giá lưới điện phân phối được trình bày tại hình 1.7
Hình 1.7 Sơ đồ đánh giá lưới điện phân phối của R.E.Lee và C.L.Brooks
Đánh giá hệ thống hiện trạng Phân bố trào lưu công suất
Loại bỏ tất cả các tụ bù và khóa Điện mở tối ưu của hệ thống
Tái cấu trúc hệ thống Phân bố trào lưu công suất
Xác định dung lượng và vị trí bù
Đánh giá hệ thống Phân bố trào lưu công suất
Hàm mục tiêu
Bước 6
Trang 35Năm 1996, Ross Baldick [49] đưa ra thuật toán xem xét cùng lúc việc thay đổi cấu trúc lưới và điều khiển bù công suất phản kháng trên toàn lưới và có kết luận
“Tái cấu trúc lưới và điều khiển bù công suất phản kháng có thể tiến hành độc lập”,
kết luận này được M.H Haque [41] thể hiện rất rõ
Kết luận: Giả thiết trên có thể phát biểu như sau: “Có thể bỏ qua các thiết bị bù công
suất phản kháng trên lưới khi giải bài toán xác định cấu trúc lưới điện phân phối.”
Một số giả thiết khác cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
- Thao tác đóng/cắt để chuyển tải, không gây mất ổn định của hệ thống điện
- Điện áp tại các nút tải không thay đổi và có giá trị gần bằng Uđm
- Khi giải bài toán phân bố công suất trên lưới hình tia, bỏ tổn thất công suất
- Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được xem là không đổi khi cấu trúc lưới thay đổi
1.2 Tổng quát các nghiên cứu giải bài toán tái cấu trúc với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất
Có rất nhiều phương pháp tái cấu trúc lưới giảm P nhưng theo [78, 90] chỉ có thuật toán heuristic kết hợp thuật toán tối ưu và thuật toán thuần heuristic mới thực
sự mang hiệu quả cao vì dễ tìm được cấu trúc lưới tối ưu Trong các thuật toán này,
có thể chia hai nhóm chính, thuật toán của Merlin & Back [65] - kỹ thuật vòng cắt đại diện cho phương pháp heuristic kết hợp thuật toán tối ưu và thuật toán của Civanlar [17] kỹ thuật đổi nhánh đại diện cho phương pháp thuần heuristic Ngoài
ra còn một số phương pháp khác nhưng không hiệu quả
1.2.1 Kết hợp heuristics và tối ưu hóa
Việc kết hợp giữa thuật toán heuristics và tối ưu hoá tái cấu trúc lưới điện phân phối cực tiểu P cần nhiều thời gian tính toán nhưng lại có khả năng xác định được cấu trúc lưới điện đạt cực tiểu toàn cục và không phụ thuộc vào cấu trúc lưới ban đầu khi khảo sát hết số tổ hợp khoá điện có thể thay đổi trạng thái Cụ thể S.K.Goswami [37], V.Glamocanin[38], Merlin & Back [65], Shirmohammadi [80], T.P.Wagner [105],
a Thuật toán của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín
Thuật toán của Merlin và Back [65] khá đơn giản: “Đóng tất cả các khoá điện lại tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần
Trang 36lượt các khoá có dòng chạy qua bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia” Ở đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lưới điện luôn phân phối có mức tổn thất công suất bé nhất Vì vậy để có lưới điện phân phối vận hành hình tia, Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá trình sẽ chấm dứt khi lưới điện đạt được trạng thái vận hành hở Các thuật toán tìm kiếm nhánh và biên ứng dụng luật heuristic này mất rất nhiều thời gian do có khả năng xảy ra đến
2n cấu trúc nếu có n đường dây được trang bị khoá điện
Hình 1.8 trình bày thuật toán của Merlin và Back, đã được Shirmohammadi [80]
bổ sung Thuật toán này chỉ khác so với thuật toán nguyên thủy của Merlin và Back
ở chỗ có xét đến điện áp ở các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến dòng điện
Hình 1.8 Thuật toán của Merlin và Back được Shirmohammadi [80] cải tiến
Lưới điện hình tia
Đóng khóa điện vừa mở
Mở khóa điện có dòng bé nhất tiếp theo
Trang 37Shirmohammadi [80] là tác giả đầu tiên sử dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một lượng công suất không đổi để mô phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối hoạt động hở về mặt vật lý nhưng về mặt toán học là một mạch vòng Dòng công suất bơm vào và rút ra là một đại lượng liên tục Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn còn bộc lộ nhiều nhược điểm, cụ thể như sau:
- Mặc dù đã áp dụng các luật heuristics, thuật toán này vẫn cần quá nhiều thời gian để tìm ra được cấu trúc giảm tổn thất công suất
- Tính chất không cân bằng và nhiều pha chưa được mô phỏng đầy đủ
- Tổn thất của thiết bị trên đường dây chưa được xét đến trong thuật toán
b Các thuật toán khác
Có nhiều nhà nghiên cứu đã và đang nỗ lực tìm cách vận dụng kỹ thuật kết hợp giữa heuristics và tối ưu hóa Nếu kết hợp thành công hai kỹ thuật trên sẽ cho một kết quả tính toán chính xác ở mức độ chấp nhận được trong điều kiện giảm đáng kể khối lượng và thời gian tính toán Mặc dù trong lý thuyết đã có nhiều thuật toán mang tính khả thi nhưng có rất ít thuật toán thực sự có hiệu quả trong thực tế Liu và các cộng sự [62] đã đề xuất hai thuật toán tái cấu trúc lưới bằng cách xem các phụ tải có dòng điện tiêu thụ không phụ thuộc vào điện áp thanh cái Thuật toán đầu tiên của do Liu chỉ tính đến mô hình phân phối tải phân bố đều (liên tục) trên các đường dây Thuật toán này đã xác định được các điểm chia tải cần thiết để tái cấu trúc ở mức tổn thất nhỏ nhất Tuy nhiên tính tối ưu có thể không được đảm bảo vì giải thiết phụ tải trên đường dây phân bố liên tục là không phù hợp với thực
tế Thuật toán thứ hai có xét đến các trạng thái hoạt động của các khoá điện khi tái cấu trúc để hệ thống vận hành trong điều kiện tối ưu Tuy nhiên, theo [78] cả hai thuật toán đều chưa chỉ ra cấu trúc thực sự có tổn thất công suất bé nhất
V Glamocanin [38] xem xét vấn đề tái cấu trúc như bài toán vận tải với chi phí
là hàm bậc 2 Trong phương pháp này, cần phải xác định cấu trúc tối ưu ban đầu bằng cách tuyến tính hoá tổn thất với công suất để làm phương án tựa cho thuật toán Sau đó áp dụng, xấp xỉ tổn thất với hàm bậc 2 của công suất để cải thiện lời giải Tuy nhiên thuật toán này chưa hoàn chỉnh ở chỗ thuật toán heuristic không đủ sâu để xác định cấu trúc cực tiểu tổn thất công suất
Trang 38Wagner và các cộng sự [103] trình bày một thuật toán tái cấu trúc dựa trên bài toán vận tải có hàm chi phí tuyến tính Tổn thất đường dây được xấp xỉ thành hàm tuyến tính nhiều đoạn cho phép tính toán tổn thất công suất từng bước Điện áp đường dây và điều kiện chống quá tải cũng được đơn giản hoá bằng các hàm tuyến tính Wagner sử dụng 2 ví dụ trên lưới điện thực tế có Uvh = 44 kV, so sánh với phương pháp của Shirmhammadi [80] và Civanlar [17] và tỏ ra rất phù hợp với lưới điện nhỏ nhưng với lưới điện có 1000 nút trở lên thì thời gian tính toán quá lâu, không phù hợp với việc điều khiển theo thời gian thực
Goswami và Basu [37] xem xét lưới điện khởi đầu là lưới điện vòng bằng cách đóng tất cả các khoá điện mở, thuật toán xác định khoá điện mở tương tự như của Merlin và Back nhưng không hoàn toàn giống vì theo Goswami và Basu, cần phải xác định cặp khoá điện dự kiến đóng/mở để đảm bảo là lưới điện hình tia Mặc dù phù hợp với lưới điện phân phối nhỏ nhưng theo R.J.Sarfi [78], thuật toán này rất khó triển khai cho lưới điện lớn
Còn rất nhiều thuật toán tái cấu trúc khác như của Chang [19] và JeanJumeau [20], họ phát triển các thuật toán dựa trên việc mô phỏng kỹ thuật anneling Thuật toán của Jean Jumeau đề cập cả mục tiêu giảm tổn thất công suất và cân bằng tải, tạo thành một hàm đa mục tiêu Mặc dù thuật toán được chứng minh rất chặt chẽ về mặt toán học nhưng thuật toán cần rất nhiều thời gian để giải các bài toán thực tế Năm 2000 Jeon cùng các cộng sự [51] của mình giới thiệu một chiến lược tìm kiếm Tabu sử dụng kỹ thuật chuyển đổi nhánh để tái cấu trúc lưới điện phân phối Mặc dù sử dụng Tabu cho lưới điện kiểm chứng nhưng Jeon thực sự gặp khó khăn khi phải thực hiện số lần lặp quá lớn
1.2.2 Các thuật toán thuần túy dựa trên Heuristics
Bản chất phi tuyến rời rạc của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối đã tạo tiền đề cho các nghiên cứu theo hướng sử dụng kỹ thuật chỉ thuần túy dựa trên thuật toán heuristics Các thuật toán này có cùng đặc điểm là sử dụng các công thức thực nghiệm để đánh giá mức độ giảm tổn thất liên quan đến thao tác đóng cắt và giới thiệu một số qui luật nhằm giảm số lượng xem xét các khóa điện Các qui tắc
Trang 39heuristics dựa trên giả định rằng việc giảm tải trên thiết bị và nguồn phát đồng nghĩa với giảm tổn thất Mặc dù đã có nhiều nghiên cứu theo hướng này nhưng chưa tìm được thuật toán tỏ ra thực sự khả thi
a Thuật toán của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh
Khác với thuật toán tại [65], thuật toán của Civanlar [17] dựa trên heuristics để tái cấu trúc lưới điện phân phối, lưu đồ mô tả thuật toán được trình bày tại Hình 1.8 Thuật toán của Civanlar được đánh giá cao với lí do:
- Xác định được hai qui luật để giảm số lượng khóa điện cần xem xét
+ Nguyên tắc chọn khóa đóng: việc giảm tổn thất chỉ có thể đạt được nếu như
có sự chênh lệch đáng kể về điện áp tại khoá đang mở
+ Nguyên tắc chọn khóa mở: việc giảm tổn thất chỉ đạt được khi thực hiện
chuyển tải ở phía có độ sụt áp lớn sang phía có sụt áp bé hơn
- Xây dựng được hàm số mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi có sự thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu trúc
2 Re ) t (
Ii: Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i
EM: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M
EN: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N
Rloop : Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng khoá điện đang mở Biểu thức (1.10) được rút ra từ phân tích mô hình tải phân bố tập trung Biểu thức này tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lưới mẫu nhỏ nhưng chưa được kiểm chứng ở lưới điện lớn Kỹ thuật đổi nhánh thể hiện ở quá trình thay thế 01 khóa mở bằng và 01 khoá đóng trong cùng một vòng để giảm tổn thất công suất Vòng được chọn để đổi nhánh là vòng có cặp khoá đóng/mở có mức giảm tổn thất công suất lớn nhất Quá trình được lặp lại cho đến khi không thể giảm được tổn thất nữa Thuật toán Civanlar có những ưu điểm sau:
- Nhanh chóng xác định phương án tái cấu trúc có mức tổn thất nhỏ hơn bằng cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ qui tắc heuristics và sử dụng công thức thực nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tương đối
Trang 40- Việc xác định dòng tải tương đối chính xác
Tuy nhiên, thuật toán cũng còn nhiều nhược điểm cần khắc phục:
- Mỗi bước tính toán chỉ xem xét 01 cặp khóa điện trong 01 vòng
- Chỉ đáp ứng được nhu cầu giảm tổn thất, chứ chưa giải quyết được bài toán cực tiểu hóa hàm mục tiêu
Việc tái cấu trúc hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc xuất phát ban đầu
Hình 1.9 Sơ đồ thuật toán của Civanlar và các cộng sự [17]
tác đóng cắt
Sai
Thực hiện đóng/cắt có mức giảm tổn thất bé nhất
Phân bố cống suất cho lưới điện mới
Kiếm tra điều kiện ràng buộc
Chọn thao tác đóng/cắt kế tiếp
Hệ thống được xem là tối ưu
Đúng Đúng
Dừng