Tái cấu trúc và phân bố tổn thất trong lưới điện phân phối có xét nguồn điện phân tán áp dụng cho lưới điện IEEE 16 nút

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tượng mà đề tài đặt ra đánh giá, phân tích lưới điện và tình hình tổn thất điện năng lưới điện trung áp IEEE 16 nút Sử dụng phầm mềm PSS/A

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-oOo -

Monvixay SOUVANTHONE

TÁI CẤU TRÚC VÀ PHÂN BỔ TỔN THẤT TRONG

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN -

ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI IEEE 16 NÚT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THỐNG ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-oOo -

Monvixay SOUVANTHONE

TÁI CẤU TRÚC VÀ PHÂN BỔ TỔN THẤT TRONG

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN -

ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI IEEE 16 NÚT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS LÊ THỊ MINH CHÂU

Hà Nội - 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan bản luận văn cao học này với đề tài: “Tái cấu trúc và phân

bổ tổn thất trong lưới điện phân phối có xét nguồn điện phân tán - áp dụng cho lưới điện phân phối IEEE 16 nút” hoàn toàn do tác giả tự làm và các số liệu chưa từng được công bố trong các tài liệu nào khác Tác giả có tham khảo một số tài liệu được ghi trong mục “Tài liệu tham khảo”

Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2018

Tác giả luận văn

Monvixay SOUVANTHONE

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã giúp

đỡ, động viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện luận văn Đặc biệt tác

giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn: TS Lê Thị Minh Châu

người đã tận tình hướng dẫn giúp tác giả hoàn thiện luận văn này

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ VỀ TỔN THẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3

1.1 Tổn thất trên lưới điện phân phối[1] 3

1.2 Tổn thất điện năng và các phương pháp tính tổn thất điện năng trên lưới phân phối[1] 4

1.2.1 Khái niệm 4

1.2.2 Phương pháp tính tổn thất điện năng 5

1.2.3 Các phương pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối[8] 11

1.3 Kết luận chương 1 13

CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI VÀ PHÂN BỔ TỔN THẤT CÔNG SUẤT 14

2.1 Bài toán tái cấu trúc lưới phân phối[7] 14

2.1.1 Tổng quan về bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 14

2.1.2 Các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối ở góc độ vận hành 14

2.1.3 Một số phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối[7] 15

2.2 Bài toán tính toán trào lưu công suất[1] 20

2.2.1 Mục đích tính toán trào lưu công suất 20

2.2.2 Các thuật toán tính toán trào lưu công suất 20

2.3 Các phương pháp phân bổ tổn thất công suất trong lưới phân phối[2] 32

2.3.1 Giới thiệu 33

2.3.2 Cung cấp tổn thất và phân bố tổn thất 34

2.3.3 Các phương pháp phân bố tổn thất 34

2.3.4 So sánh các phương pháp phân bố tổn thất 41

2.4 Kết luận chương 2 42

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI IEEE

16 NÚT 44

3.1 Kiểm tra thuật toán trên sơ đồ lưới điện chuẩn của IEEE 44

3.1.1 Các bước thực hiện 44

3.1.2 Giới thiệu tổng quan về phần mềm PSS/ADEPT[9] 45

3.2 Tính toán áp dụng cho lưới điện thực tế 55

3.3 Ảnh hưởng của vị trí điểm mở đến tổn thất công suất trước khi có nguồn phân tán 57

3.3.1 Trường hợp 1: mở các thiết bị đóng cắt 15, 21, 26 khi chưa có nguồn phân tán 57

3.3.2 Trường hợp 2: mở các thiết bị đóng cắt 17, 19, 26 khi chưa có nguồn phân tán 58

3.3.3 Trường hợp 3: mở các thiết bị đóng cắt 12, 24, 26 khi chưa có nguồn phân tán 59

3.4 Ảnh hưởng của vị trí điểm mở đến tổn thất công suất sau khi có nguồn phân tán 60

3.4.1 Trường hợp 1: mở các thiết bị đóng cắt 15, 21, 26 khi có nguồn phân tán 60

3.4.2 Trường hợp 2: mở các thiết bị đóng cắt 17, 19, 26 khi có nguồn phân tán 61

3.4.3 Trường hợp 3: mở các thiết bị đóng cắt 12, 24, 26 khi có nguồn phân tán 62

3.5 Tính toán phân bố tổn thất công suất trong lưới điện 64

3.5.1 Các bước thực hiện thuật toán phân bổ tổn thất theo phương pháp ITL 64 3.5.2 Phân bố tổn thất công suất trước khi có nguồn phân tán 66

3.5.3 Phân bố tổn thất công suất sau khi có nguồn phân tán 67

3.6 Tính tổn thất điện năng 68

3.6.1 Tính tổn thất điện năng trước khi tái cấu trúc lưới điện 68

3.6.2 Tính tổn thất điện năng sau khi tái cấu trúc lưới điện 68

3.7 Kết luận chương 3 68

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 73

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu hình LĐPP 15

Bảng 2.2: So sánh các phương pháp phân bố tổn thất 42

Bảng 3.1 Dữ liệu lưới điện 16 nút 56

Bảng 3.8 So sánh kết quả tổn thất công suất tác dụng trên dường dây 63

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Đồ thị phụ tải 6

Hình 2.1 Giải thuật của Merlin và Back 16

Hình 2.2 Thuật toán đổi nhánh 18

Hình 2.3 Minh họa phương pháp Newton Raphson 26

Hình 2.4 Sơ đồ khối phương pháp Newton Raphson 27

Hình 2.5 Sơ đồ khối áp dụng phương pháp Newton- Raphson trong tính toán trào lưu công suất 32

Hình 3.1 Sơ đồ các bước thực hiện 45

Hình 3.2 Hộp thoại thuộc tính nút Source và mô hình nút nguồn trên sơ đồ 49

Hình 3.3 Hộp thoại thuộc tính nút tải và mô hình nút tải trên sơ đồ 49

Hinh 3.4 Hộp thọai thuộc tính nút tải điện năng và mô hình trên sơ đồ 50

Hình 3.5 Hộp thoại thuộc tính thiết bị đóng cắt và mô hình thiết bị đóng cắt trên sơ đồ 50

Hình 3.6 Hộp thoại thuộc tính nút tải và mô hình nút tải trên sơ đồ 51

Hình 3.7 Hộp thoại thuộc tính nút tải và mô hình nút tải trên sơ đồ 51

Hình 3.8 Hộp thoại thuộc tính tụ bù và mô hình tụ bù trên sơ dồ 52

Hình 3.9 Hộp thoại thuộc tính máy biến áp và mô hình máy biến áp trên sơ đồ 52

Hình 3.10 Bảng dữ liệu về nút nguồn của mô hình 53

Hình 3.11 Bảng dữ liệu về phụ tải của mô hình 53

Hình 3.12 Bảng dữ liệu về đoạn dây của mô hình 53

Hình 3.13 Bảng dữ liệu về phụ tải của mô hình được chuyển sang excel 54

Hình 3.14 Hộp thoại option-Thẻ load flow 54

Hình 3.15 Sơ đồ một sợi lưới phân phối IEEE 16 nút 55

Hình 3.16 Trường hợp mở các máy cắt 15, 21, 26 khi chưa có nguồn phân tán 57

Hình 3.17 Trường hợp mở các máy cắt 17, 19, 26 khi chưa có nguồn phân tán 58

Hình 3.18 Trường hợp mở các máy cắt 12, 24, 26 khi chưa có nguồn phân tán 59

Hình 3.19 Trường hợp mở các máy cắt 15, 21, 26 khi có nguồn phân tán 60

Hình 3.20 Trường hợp mở các máy cắt 17, 19, 26 khi có nguồn phân tán 61

Hình 3.21 Trường hợp mở các máy cắt 12, 24, 26 khi có nguồn phân tán 62

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

IEEE Viện điện và điện tử quốc tế ITL Phân bố tổn thất truyền tải biên

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay xã hội càng ngày càng phát triển, nhu cầu sử dụng điện năng càng ngày càng cao với tài nguyên để sản xuất điện năng ngày càng giảm, việc đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện đầy đủ cho khách hàng là tiêu chí quan trọng Việc thực hiện giảm tổn thất điện năng xuống mức thấp nhất có thể là một việc hết sức cần thiết và cấp bách góp phần mang lại hiệu quả kinh tế cao không chỉ đối với ngành điện mà còn đối với cả xã hội, việc giảm tổn thất điện năng còn góp phần không nhỏ vào việc thực hiện tiết kiệm điện

Bên cạnh việc giảm tổn thất lưới điện, trong thị trường điện cạnh tranh như hiện nay, những đơn vị tham gia thị trường cần phải chia sẻ chi phí truyền tải tổn thất một cách công khai và minh bạch Gần như là không thể tính toán một cách chính xác những tổn thất mà từng thành viên gây ra cho hệ thống Bất kỳ kế hoạch phân

bố tổn thất nào đều phải tạo nên hiệu quả kinh tế bằng cách thúc đẩy mạng lưới đơn

vị tham gia giảm tổn thất Kế hoạch này cần phải hợp lý bằng cách coi tất cả những đơn vị tham gia công bằng như nhau

2 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Hiệu quả kinh tế của việc giảm tổn thất điện năng mang lại rất rõ ràng, vậy luận văn này sẽ tìm ra các nguyên nhân gây tổn thất điện năng và đề xuất các giải pháp nhằm giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối xuống mức thấp nhất có thể Trong thị trường điện có nhiều đơn vị tham gia, cần phải phân bổ tổn thất hợp lý công bằng, vì vậy luận văn nghiên cứu phương pháp phân bổ tổn thất đơn giản và

dễ thực hiện trong thực tế

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng mà đề tài đặt ra đánh giá, phân tích lưới điện và tình hình tổn thất điện năng lưới điện trung áp IEEE 16 nút

Sử dụng phầm mềm PSS/ADEPT tính toán trào lưu công suất, phân bổ công suất và đánh giá, so sánh với kết quả tổn thất điện năng thực tế

4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Trong quá trình truyền từ nơi sản suất đến nơi tiêu thụ lượng tổn thất điện năng trong quá trình này là rất lớn, các khảo sát, báo cáo gần đây cho thấy tổn thất trong truyền tải và phân phối một số lưới điện có thể lớn hơn 10% tổng sản lượng điện năng Giảm tổn thất điện năng xuống mức thấp nhất có thể là bài toán khó Do đó thực hiện giảm tổn thất điện năng lưới điện trung thế góp phần nâng cao chất lượng điện năng để hệ thống hoạt động hiệu quả hơn góp phần tích cực đưa nền kinh tế phát triển bền vững

Bên cạnh việc giảm tổn thất điện năng, trong thị trường điện có nhiều đơn vị tham gia, cần phải phân bổ tổn thất một cách hợp lý công bằng

4.2 Tính thực tiễn của đề tài

Đề tài nghiên cứu xuất phát từ nhu cầu thực tế của lưới điện trung áp IEEE 16 nút, do đó kết quả mang tính thực tiễn có thể áp dụng rộng rãi

 Các nội dung chủ yếu:

- Tìm hiểu các nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng

- Các cơ sở lý thuyết áp dụng tính tổn thất điện năng

- Nghiên cứu các phương pháp phân bổ tổn thất và áp dụng phân bổ tổn thất cho lưới điện IEEE 16 nút

- Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để đánh giá tổn thất điện năng và tìm điểm

mở tối ưu cho lưới điện

- Đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng

CHƯƠNG 1: VẤN ĐỀ VỀ TỔN THẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1 Tổn thất trên lưới điện phân phối[1]

Theo thống kê của các công ty điện lực trong nước và ngoài nước, tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối thông thường gấp từ 1,5÷2 lần tổn thất trên đường dây truyền tải, lượng điện năng tổn thất tập trung trên hai loại tổn thất đó là tổn thất

kỹ thuật và tổn thất thương mại

Tổn thất kỹ thuật: Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện phân phối chủ yếu trên dây dẫn và các máy biến áp phân phối Tổn thất kỹ thuật bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng Tổn thất công suất phản kháng do từ thông

rò và gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng Thành phần tổn thất điện năng do tổn thất công suất tác dụng được tính toán như sau: ∆A = ∆P(t).dt (1) Trong đó, ∆P(t) là tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp tại thời điểm t Việc tính toán tổn thất điện năng theo công thức (1) thông thường thực hiện theo phương pháp dòng điện đẳng trị phụ thuộc vào đồ thị phụ tải hoặc theo thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn thất sắt, do dòng điện Foucault trong lõi thép và tổn thất đồng do hiệu ứng Joule trong máy biến áp Các loại tổn thất này có các nguyên nhân chủ yếu như sau:

• Đường dây phân phối quá dài, bán kính cấp điện lớn

• Tiết diện dây dẫn quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo nâng cấp

• Máy biến áp phân phối thường xuyên mang tải nặng hoặc quá tải

• Máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian tổn thất tăng lên

• Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên máy biến áp

• Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các cuộn dây máy biến áp làm tăng tổn thất

• Vận hành với hệ số cosφ thấp do thiếu công suất phản kháng

Tổn thất thương mại: Tổn tổn thất thương mại: là tổn thất trong khâu kinhdoanh điện năng, bao gồm:

• Trộm điện (câu, móc trộm)

• Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện

• Sai sót tính toán tổn thất kỹ thuật

• Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng

Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý hành chính, hệ thống công tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng Tổn thất phi kỹ thuật cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công cụ quản lý của bản thân các Điện lực, trong đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần mềm quản lý

1.2 Tổn thất điện năng và các phương pháp tính tổn thất điện năng trên lưới phân phối[1]

1.2.1 Khái niệm

Tổn thất điện năng là phần năng lượng bị mất đi trong quá trình truyền tải Tổn thất điện năng trong một phần tử nào đó của mạng phụ thuộc chủ yếu vào tính chất của phụ tải và sự thay đổi của phụ tải trong thời gian xét

Nếu như phụ tải của đường dây không thay đổi và tổn thất công suất tác dụng trên dường dây là ∆P thì tổn thất điện năng trong thời gian t bằng:

 Tổn thất điện năng trên lưới điện là lượng điện năng tiêu hao cho quá trình truyền tải và phân phối điện khi tải điện từ ranh giới giao nhận với các nhà máy phát điện qua lưới điện truyền tải, lưới phân phối đến các hộ tiêu thụ điện Tổn thất điện năng còn được gọi là điện năng dùng để truyền tải và phân phối điện Trong quản lý tổn thất điện năng được chia ra tổn thất điện năng kỹ thuật và tổn thất điện

năng phi kỹ thuật

- Tổn thất điện năng kỹ thuật là tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện Do dây dẫn, MBA, thiết bị trên lưới đều có tổng trở

khi dòng điện chạy qua gây tiêu hao điện năng do phát nóng

- Tổn thất điện năng phi kỹ thuật hay còn gọi là tổn thất điện năng thương mại là

do tình trạng vi phạm trong sử dụng điện như: lấy cắp điện, công tơ chết hoặc cháy không thay thế kịp thời, bỏ sót hoặc ghi sai chỉ số do không thực hiện đúng chu kỳ kiểm định và thay thế công tơ định kỳ theo quy định dẫn đến điện năng bán cho khách hàng đo được qua hệ thống đo đếm thấp hơn so với điện năng khách hàng sử

dụng

1.2.2 Phương pháp tính tổn thất điện năng

Vấn đề xác định tổn thất điện năng trong mạng điện hiện nay đang là nhiệm vụ hết sức thiết thực, không những đối với cơ quan quản lý và phân phối điện mà ngay

cả đối với các hộ dùng điện Phương pháp xác định tổn thất điện năng thông thường nhất là so sánh sản lượng điện ở đầu vào và đầu ra, nhưng thường mắc phải những sai sót lớn do một số nguyên nhân sau đây:

- Không thể lấy đồng thời chỉ số của các công tơ đầu nguồn và ở các điểm tiêu thụ điện

- Nhiều điểm tải còn thiếu thiết bị đo hoặc thiết bị đo không phù hợp với phụ tải

- Số chủng loại đồng hồ đo rất đa dạng với nhiều mức sai số khác nhau, đó là chưa nói đến việc chỉnh định đồng hồ đo chưa chính xác

Đương nhiên, có thể sử dụng phương pháp đo hiện đại như dùng đồng hồ đo công suất tại nhiều điểm đo ở cùng tời điểm để biết được tổn thất công suất thực tế tại từng thời điểm trên đường dây, nhưng như vậy sẽ rất tốn kém và phức tạp; không phù hợp với điều kiện kinh tế ở nước Lào

Do vậy ta phải áp dụng các phương pháp tính toán tổn thất điện năng của lưới phân phối

Hiện nay có nhiều phương pháp tính toán tổn thất điện năng Mỗi phương pháp đặc trưng bởi những thông số tính toán ban đầu Vậy nên lựa chọn phương pháp tính toán nào mà thông số tính toán ban đầu dễ thu nhập, kết quả tính toán chính xác cao là một nghiên cứu cần thiết

Sau đây là một số phương pháp tính tổn thất điện năng lưới điện phân phối

1.2.2.1 Phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải (bao gồm phương pháp bậc thang hóa đồ thị phụ tải và phương pháp sử dụng biểu đồ phụ tải)

 Phương pháp cơ bản của JUN và LENS

+ I (t): Dòng điện biến thiên theo thời gian (A)

 Phương pháp bậc thang hóa đồ thị phụ tải

Trong đó: + R: Điện trở dây dẫn (Ω)

+ I: Dòng điện trung bình trong khoảng thời gian ti

Đối với lưới điện trung áp phương pháp được lựa chọn là sử dụng biểu đồ phụ tai điển hình, trong đó kết quả tính toán chế độ xác lập của lưới được thực hiện trên

cơ sở sơ đồ lưới điện thực tế kết hợp với số liệu ĐTPT điển hình và công suất lớn nhất tại nguồn điện

Lưới điện phục vụ tính toán là toàn bộ lưới điện trung áp thuộc các đơn vị Điện lực

Các số liệu cần thiết ban đầu cho việc lựa chọn lưới điện, xác định các đặc trưng TTĐN của phụ tải phục vụ cho tính toán TTĐN bao gồm:

Số liệu điện năng tiêu thụ của các thành phần phụ tải, đổ thị phụ tải điển hình cho các loại phụ tải: Công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, dịch vụ thương mại Đối với mỗi phụ tải, thời gian tổn thất công suất lớn nhất (τ) được tính theo biểu

đồ phụ tải theo công thức:

τ = (0,124 + Tmax 10-4 )2.t (1.5)

Từ số liệu về điện năng tiêu thụ của các thành phần phụ tải của điện lực quản lý lưới điện đó, xây dựng dạng ĐTPT điển hình cho lưới trung áp đó dựa trên dạng ĐTPT điển hình của các thành phần phụ tải Từ đó xác định được theo (3.9) được τ theo Tmax của lưới trung áp Trị số công suất cực đại Pmax của lộ đường dây được xác định dựa trên điện năng A đã cho cung cấp của lộ và Tmax của lưới trung áp

Nội dung quy trình tính toán TTĐN lưới trung áp: giả thiết các nút phụ tải có ĐTPT giống với ĐTPT của cả lộ đường dây trung áp được xét

Thu thập và xử lý số liệu sơ đồ lưới điện, thông số các phần tử (đường dây và máy biến áp) của lộ đường dây mẫu, hệ số mang tải Kt của các máy biến áp phân phối, hệ số công suất cosφ của các nút phụ tải

Thuật toán được thực hiện như sau:

- Xác định xấp xỉ đầu giá trị công suất của các nút phụ tải:

Kti: Hệ số mang tải của BAPP nút tải thứ i

Sử dụng chương trình tính phân bố công suất trên các nhánh của lưới trung áp được xét và tổn thất công suất (TTCS) trên lưới (bao gồm tổn thất trên các phần tử MBA, đường dây trung áp) Trên cơ sở đó xác định được công suất (đầu nguồn) cấp cho lộ trung áp đang xét P’max So sánh giá trị công suất cực đại tính toán được P’maxvới số liệu công suất cực đại đã cho Pmax xác định được giá trị sai số công suất (Pss) Cuối cùng thực hiện bước hiệu chỉnh lại giá trị công suất các nút phụ tải như sau:

(k ) Tj

Cuối cùng tiến hành tính toán chế độ xác lập của lưới và xác định tổng tổn thất công suất lớn nhất của lưới điện Pmax

Thực chất của quy trình nêu trên là sử dụng công cụ phần mềm PSS/ADEPT tính toán lặp nhiều lần chế độ xác lập lưới trung áp nhằm nhận dạng được sự phân

bố công suất trên các nhánh và tổn thất công suất của lưới trung áp được xét nhằm đáp ứng giá trị điện năng của đầu nguồn theo biểu đồ phụ tải cho trước

Vậy tổn thất điện năng của lộ trung áp sẽ là:

TA TA

- Sdđ là công suất biểu kiến danh định

- Sttmax là công suất biểu kiến lớn nhất của phụ tải

- ΔPo là tổn hao công suất trong lõi thép máy biến áp

- ΔPk là tổn hao công suất trong cuộn dây máy biến áp

- Tmax là thời gian máy biến áp làm việc với phụ tải lớn nhất

- τ là thời gian tổn thất lớn nhất của máy biến áp

- t là thời gian làm việc của máy biến áp trong năm

- A là điện năng trong năm

- ΔABA là tổn thất điện năng trong máy biến áp

* Tổn thất điện năng trên đường dây

- Pittmax là công suất lớn nhất của phụ tải thứ

- ΔP là tổn thất công suất trên đường dây

- Tmax là thời gian máy biến áp làm việc với phụ tải lớn nhất

- TDZmax là thời gian đường dây làm việc với phụ tải lớn nhất

- τDZ là thời gian tổn thất lớn nhất của đường dây

- tDZ là thời gian làm việc của đường dây

- ΔADZ là tổn thất điện năng trên đường dây

Trên đây là thuật toán xác định TTĐN và tỉ lệ phần trăm TTĐN cho một lưới điện trung áp của nhóm phụ tải được khảo sát

1.2.2.2 Phương pháp thời gian tổn thất công suất lớn nhất

ΔA = R.I2

Trong đó: + τ = f(Imax,cosφ): thời gian tổn thất công suất lớn nhất

+ Imax: Dòng điện cực đại qua dây dẫn (A)

+ R: Điện trở dây dẫn

Trong biểu thức trên, trị số của Imax và R dễ dàng tìm được, chỉ cần xét cách xác định τ là có thể tính được ΔA Biết rằng Tmax và τ có quan hệ với nhau Để vẽ đường cong quan hệ, ta tiến hành như sau:

+ Thu thập một số lớn các đường cong phụ tải của các loại hộ dùng điện khác

nhau, nghiên cứu các đường cong đó

+ Phân loại các đường cong đó (loại 3 ca, 2 ca … rồi loại cosφ = 1, cosφ= 0.8

v.v ) rồi vẽ các đường cong điển hình

+ Dựa vào từng loại đường cong điển hình, ứng với trị số Tmax lại có một trị số τ, rồi sắp thành bảng Căn cứ vào bảng số liệu đó,vẽ đường cong biểu diễn: τ = f(Tmax)

+ Nếu phụ tải có khác với trị số của đường cong đã cho, τ sẽ tìm được bằng cách

+ A: Điện năng tiêu thụ (kWh)

+ Imax: Dòng điện cực đại qua dây dẫn (A)

+ T: thời gian khảo sát tổn thất điện năng (h)

+ cosφ: Hệ số công suất

+ Ur: là điện áp pha (V)

+ B: Hệ số hình dáng phụ thuộc vào cấu trúc lưới điện

1.2.3 Các phương pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối[8]

Lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng điện cho các hộ tiêu thụ Về những ưu điểm về mặt kỹ thuật, lưới điện phân phối thường được vận hành hình tia mặc dù là được thiết kế mạch vòng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Bên cạnh đó tổn thất năng lượng trên lưới điện phân phối hiện nay cao hơn so với tổn thất trên lưới truyền tải Do đó, việc nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối là một nhu cầu mang tính bức xúc cao và hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích về kinh tế Có nhiều biện pháp

để giảm tổn thất trong quá trình phân phối điện năng như: bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành lưới hoặc tăng tiết diện dây dẫn Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn nhiều chi phí đầu tư và lắp đặt thiết

bị ban đầu Trong khi đó, biện pháp tái cấu hình lưới điện thông qua cách đóng/ mở các cặp khóa điện có sẵn trên lưới điện cũng có thể giảm đáng kể tổn thất điện năng

mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện

Dựa trên việc tìm hiểu và phân tích các dạng tổn thất trên lưới điện phân phối, ta nhận thấy mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối chịu tác động của rất nhiều yếu tố và đòi hỏi nhiều biện pháp đồng bộ

Để giảm tổn thất thương mại trên lưới điện phân phối cần có biện pháp quản lý, hành chính, các công cụ phần mềm quản lý khách hàng sử dụng điện, nâng cao nhận thức của người sử dụng điện

Để giảm tổn thất thương mại cần thực hiện song song với các nỗ lực giảm tổn thất kỹ thuật Có thể liệt kê các biện pháp chính giảm tổn thất kỹ thuật trong lưới điện phân phối như sau:

1 Nâng cao điện áp vận hành của lưới điện

2 Bù kinh tế trong lưới phân phối trung áp bằng tụ điện

3 Tăng tiết diện dây dẫn, giảm bán kính cấp điện

4 Chọn đúng dây dẫn để giảm tổn thất vầng quang

5 Cải tiến cấu trúc và vật liệu để sản xuất các thiết bị điện có tổn thất nhỏ (vật liệu siêu dẫn cách điện có chất lượng cao )

6 Một số các biện pháp kỹ thuật cần thực hiện trong giai đoạn thiết kế - quy hoạch hoặc cải tạo, đầu tư xây dựng công trình

7 Áp dụng lưới điện linh hoạt cho lưới hệ thống và hệ thống phân phối điện có điều khiển tự động cho lưới phân phối trung áp

8 Hạn chế vận hành không đối xứng

9 Tái cấu trúc lưới điện

Trong các biện pháp giảm tổn thất công suất và điện năng ở trên, các biện pháp

từ 1 ÷ 6 đòi hỏi phải có vốn đầu tư, nếu không được tính toán cẩn thận thì sẽ không đem lại hiệu quả kinh tế do lợi ích kinh tế thu được nhờ giảm tổn thất điện năng nhỏ hơn vốn đầu tư ban đầu Vì vậy trước khi thực hiện các biện pháp này phải làm luận chứng kinh tế - kỹ thuật cẩn thận, bảo đảm chắc chắn là có lợi thì mới thực hiện Biện pháp giảm tổn thất 7 ÷ 8 tuy không đòi hỏi vốn đầu tư, nhưng việc xác định và phân tích các phương án vận hành tìm ra phương án tối ưu rất khó khăn Biện pháp tái cấu trúc lưới điện thông qua việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các thiết bị đóng cắt không những không đòi hỏi vốn đầu tư mà còn giúp giảm tổn thất điện năng đáng kể khi cân bằng tải giữa các tuyến được thiết lập Không chỉ vậy, tái cấu trúc lưới điện phân phối còn có thể nâng cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm số khách hàng bị mất điện khi sự cố Tái cấu trúc lưới điện có vị trí rất quan trọng trong quản lý, vận hành lưới điện Bài toán tái cấu trúc được nghiên cứu với nhiều hàm mục tiêu khác nhau, như hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất, hàm mục tiêu đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, đảm bảo dòng ngắn mạch vv Hiện nay bài toán tái cấu trúc lưới điện theo hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất đang được nhiều người tập trung nghiên cứu, tìm ra các phương pháp giải quyết

khác nhau cho bài toán tái cấu trúc Và phương pháp nghiên cứu cũng được chia làm nhiều hướng khác nhau, như các phương pháp cổ điển, sử dụng giải tích, kết hợp với các công thức kinh nghiệm, hay các phương pháp áp dụng trí tuệ nhân tạo, các lí thuyết về thuật toán để giải Trong chương hai tác giả trình bày tóm tắt lại các phương pháp cơ bản và phương pháp áp dụng trí tuệ nhân tạo, thông qua việc tìm

hiểu các bài báo, tài liệu đã được công bố

CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI VÀ

PHÂN BỔ TỔN THẤT CÔNG SUẤT 2.1 Bài toán tái cấu trúc lưới phân phối[7]

2.1.1 Tổng quan về bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

Bài toán tái cấu hình lưới điện được thực hiện bằng cách chuyển tải nhờ đóng,

mở thiết bị chuyển mạch Ta biết rằng khi thay đổi cấu trúc LĐPP thông qua việc đóng, mở các khóa điện thì sự phân bố dòng, áp trên lưới cũng thay đổi, dẫn đến tổn thất trên lưới cũng thay đổi theo Mục tiêu của bài toán tái cấu hình LĐPP là tìm ra cấu hình đảm bảo các yêu cầu của LĐPP có tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất Tái cấu hình lưới không những không đòi hỏi nhiều về vốn đầu tư mà còn giúp giảm tổn thất đáng kể khi cân bằng tải giữa các tuyến được thiết lập Hơn nữa, tái cấu hình lưới điện phân phối còn có thể giảm sụt áp trong lưới và giảm số khách hàng bị mất điện khi sự cố Vì vậy, tái cấu hình lưới điện phân phối có ý nghĩa quan trọng trong quản lý, vận hành lưới điện

Bài toán tái cấu hình có th được thực hiện với nhiều hàm mục tiêu khác nhau, như giảm tổn thất công suất, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, đảm bảo dòng ngắn mạch, v.v Trong phạm vi luận văn này, bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối theo hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất sẽ được đề cập

Hiện nay, các phương pháp thường dùng trong tính toán tái cấu hình LĐPP đều dựa trên các qui tắc tìm kiếm theo một tiêu chí nào đó để đạt được giải pháp tối ưu cuối cùng( kết hợp với thuật toán tối ưu)

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

Các bài toán vận hành LĐPP mô tả hàm mục tiêu tái cấu hình lưới điện như sau:

- Bài toán 1: Xác định cấu hình lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 khoảng thời gian để chi phí vận hành nhỏ nhất

- Bài toán 2: Xác định cấu hình lưới điện trong 1 khoảng thời gian để tổn thất năng lượng nhỏ nhất

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

- Bài toán 4: Tái cấu hình lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế) 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 hình 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 đồng thời xảy ra (hàm đa mục tiêu)

Bảng 2.1: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu hình LĐPP

Khóa điện được điều khiển từ xa x x x

Chi phí chuyển tải thấp, không mất điện

Chi phí chuyển tải cao, mất điện khi

Lưới điện thường xuyên bị quá tải x x x

Lưới điện hầu như không bị quá tải x x x x

Từ bảng trên, ta thấy: Bài toán tái cấu hình LĐPP nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng (bài toán 3) là bài toán quan trọng, làm nền tảng để giải quyết các bài toán khác trong hệ thống các bài toán tái cấu hình LĐPP Vì vậy, luận văn chọn bài toán này để nghiên cứu

2.1.3 Một số phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối[7]

2.1.3.1 Thuật toán cắt vòng kín

Giải thuật của Merlin và Back khá đơn giản: “Đóng tất cả các khóa điện lại tạo thành 1 vòng kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần lượt các khóa có dòng điện bé nhất cho đến khi lưới điện trở thành dạng hình tia” Ở đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lưới điện phân phối luôn 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 trạng thái vận hành hở Các giải thuật tìm kiếm nhánh và biên

ứng dụng kỹ thuật Heuristic này mất nhiều thời gian do có khả năng sẽ xảy ra đến

2n cấu hình nếu có n đường dây được trang bị khóa điện Hình 2.1 thể hiện giải thuật của Merlin và Bách, đã được Shirmohammadi bổ sung:

Hình 2.1 Giải thuật của Merlin và Back

Giải thuật này chỉ khác so với các giải thuật gốc của Merlin và Back ở chỗ có xét đến điện áp ở trạm trung gian và yếu tố liên quan đến dòng điện

Giải thuật của Merlin và Back được Shirmohammadi chỉnh sửa, ông 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 thay đổi cấu hình cửa 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

Đọc dữ liệu và khóa điện

Đóng tất cả các khóa điện tấccákhóa điện

Giải bài toán phân bố công suất và thay thế tải bằng các nguồn dòng

Giải bài toán phân bố công suất

Lưới điện hình tia

đại lượng liên tục Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn còn bộc lộ nhiều nhược điểm như:

 Mặc dù đã áp dụng các kỹ thuật tìm kiếm kinh nghiệm, giải thuật này vẫn cần nhiều thời gian để tìm cấu hình giảm tổn thất công suất

 Tính chất không cân bằng và nhiều pha chưa được mô phỏng đầy đủ

 Tổn thất công suất của MBA chưa được xét đến trong giải thuật

2.1.3.2 Thuật toán đổi nhánh

Phương pháp kỹ thuật đổi nhánh - Branch exchange methods*

được bắt đầu với giả thiết là: Lưới điện phân phối được vận hành với cấu hình hình tia, một khóa điện được đóng lại và đồng thời 1 khóa điện khác trong mạch vòng được mở ra đảm bảo cấu hình hình tia của lưới điện Mỗi lần thay đổi trạng thái đóng/cắt của một cặp khóa điện, sự thay đổi tổn thất công suất trên lưới lại được đánh giá Phương pháp thay đổi nhánh sẽ dừng lại khi không thể giảm tổn thất công suất được nữa

Được Civanlar phát triển năm 1989, phương pháp này yêu cầu sự phân tích đánh giá dòng công suất trên toàn bộ hệ thống tại thời điểm tính toán Sự thay đổi tổn thất nhờ sự thay đổi trạng thái đóng cắt của cặp khóa điện được tính qua công thức:

 Em: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra ở nút m

 En: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút n

 RIoop: Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng các khóa điện

Phương pháp này có hạn chế là khối lượng tính toán nhiều, trong lưới điện lớn, số lượng khóa điện nhiều, việc tính toán chế độ trong mỗi lần thay đổi trạng thái đóng/cắt của cặp khóa điện là rất khó khăn và mất nhiều thời gian

Hình 2.2 Thuật toán đổi nhánh

2.1.3.3 Thuật toán tìm ngược Backtracking

Thuật toán - Backtracking - được Thomas E.MacDermott nghiên cứu và phát triển năm 1998, thuật toán này cũng là 1 trong những bài toán “mở lần lượt các thiết

xem xét các luật Heurisitc

kết luận

Các thao tác đóng cắt làm giảm tổn thất công suất?

quá tải và độ sụt áp cho phép?

Đúng

công suất cho các thao tác đóng cắt được đề nghị

tác đóng cắt khóa có mức độ giảm tổn thất

công suất nhất

công suất cho lưới điện mới

được xem là tối ưu

Đúng

bị đóng cắt phân đoạn - sequential switch opening method” nhưng xuất phát điểm lại ngược lại so với thuật toán cắt vòng kín của Shirmohammadi

Thuật toán Backtracking gồm các bước như sau:

 Bước 1: Mở tất cả các khóa điện, mỗi khóa điện được xem là một kết nối giữa các phụ tải với nhau hay giữa nguồn với phụ tải

 Bước 2: Tìm cách gắn lần lượt từng phụ tải vào hệ thống qua một khóa điện duy nhất, khóa điện này sẽ có trạng thái đóng Các phụ tải có quyền lựa chọn xem việc nối với nguồn nào để có tổn thất công suất nhỏ nhất

 Bước 3: Tải sau khi được nối vào hệ thống sẽ trở thành nguồn cho các tải kế tiếp xem xét để kết nối (điều này đảm bảo mỗi tải chỉ được cung cấp điện từ một nguồn duy nhất - điều kiện cấu hình vận hành hình tia)

 Bước 4: Quá trình hình thành lưới điện sẽ kết thúc khi tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện Các khóa điện mở là các khóa còn lại trong hệ thống

Phương pháp này của Thomas E.MacDermott đã chứng minh được tính đúng đắn khi đi giải các bài toán mẫu đã được chứng minh như bài toán Civanlar hai nguồn, ba nguồn, bài toán Glamocanin, bài toán Baran và Wu…đều cho ra kết quả trừng lặp với các phương pháp khác, điều đó chứng tỏ sự đúng đắn của giải thuật Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn bị hạn chế là khi lưới điện phân phối lớn với rất nhiều nút và nhiều nguồn cung cấp thì phương pháp này tính toán và phân tích kết quả của từng nhánh và từng nút trong lưới do đó khối lượng tính toán lớn, kết quả đưa ra còn chậm

2.1.3.4 Thuật toán tìm kiếm cấu hình lưới điện phân phối có tổn thất công suất nhỏ nhất

Thuật toán này được F.Vanderson Gomes nghiên cứu và phát triển năm 2004 Thuật toán này đặc biệt phù hợp với hệ thống lưới điện phân phối quy mô lớn Thuật toán bắt đầu với giả thiết tất cả các khóa điện đều đóng Việc quyết định mở một khóa dựa trên kết quả tính toán trào lưu công suất với tổng tổn thất công suất tác dụng trong lưới nhỏ nhất Phương pháp gồm hai giai đoạn:

 Các khóa lần lượt được mở ra cho đến khi lưới trở thành hình tia, đồng thời trong quá trình mở khóa, một danh sách các khóa liền kề với khóa được mở sẽ được lưu lại

 Trao đổi trạng thái các khóa được mở với hai khóa liền kề chúng và so sánh tổng tổn thất trong 2 trường hợp, lựa chọn mở hoàn toàn khóa cho tổn thất công suất tác dụng nhỏ hơn

Phương pháp của F.Vanderson Gomes có những ưu điểm như: kết quả của việc tái cấu hình lưới không phụ thuộc vào trạng thái các khóa trong lưới ban đầu; phương pháp cho kết quả lưới phân phối hình tia tối ưu đồng thời tránh được việc đưa ra quá nhiều phương án và số lượng tính toán lớn trong việc lựa chọn

Kết luận: Trong các phương pháp tái cấu trúc lưới điện đã nêu trên, tác giả chọn phương pháp đổi nhánh để áp dụng tính toán vì phương pháp này phù hợp với dạng lưới của tác giả sẽ nghiên cứu và áp dụng trong chương sau

2.2 Bài toán tính toán trào lưu công suất[1]

2.2.1 Mục đích tính toán trào lưu công suất

Bài toán trào lưu công suất đóng vai trò quan trọng các nghiên cứu phân tích, vận hành, quy hoạch hoặc mở rộng các hệ thống phát và truyền tải điện Tính toán trào lưu công suất thực chất là xác định điện áp tại các nút và trào lưu công suất giữa các nút của một hệ thống điện bất kỳ, được cho trước các thông số phụ tải cùng với các ràng buộc về công suất phát và điện áp

Trong bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối, việc tính toán trào lưu công suất được sử dụng rất nhiều vì nó là cơ sở để tính tổn thất công suất tác dụng, dòng điện trên các nhánh và điện áp tại các nút

2.2.2 Các thuật toán tính toán trào lưu công suất

Các giả thiết để các phương trình cân bằng dòng nút trở thành hệ phương trình đại số tuyến tính:

 Các phần tử thụ động (điện trở, điện kháng…) trong hệ thống không thay đổi giá trị

 Phụ tải được thay thế bằng tổng trở cố định

 Sức điện động và điện kháng máy phát không đổi

Ta xét các thông số của hệ thống được qui đổi về cấp điện áp cơ sở

2.2.2.1 Hệ phương trình cân bằng dòng nút

Xét sơ đồ gồm có n +1 nút (kể cả nút đất) Nút đất có số thứ tự là 0

Các thông số:

 ik: dòng nút tại nút k, qui ước chiều đi từ ngoài vào là chiều dương Đây là

dòng phát bởi nguồn điện hoặc đi vào phụ tải điện ở nút k, ik có thể tính qua công suất và điện áp nút:

K k K

SiD

 ikm: dòng chạy trong nhánh k-m (nối giữa nút k và nút m), có chiều từ k tới m, dòng này có giá trị không đổi trên toàn nhánh, giả thiết chỉ có 1 nhánh nối giữa một cặp nút

Đặt Ykk =  m k Y km,Y kk gọi là tổng dẫn riêng của nút k

Ykm = -Ykm , Ykm gọi là tổng dẫn tương hỗ giữa nút k và m

kk k m k km m k

m k km m Y u  ik

Đây là hệ phương trình tuyến tính, là cơ sở cho các phương pháp tính toán chế

độ của HTĐ Hệ phương trình này đơn giản, dễ giải, tuy nhiên trong chế độ xác lập,

các thông tin thường cho dưới dạng công suất, nên không áp dụng được hệ phương trình cân bằng dòng nút

2.2.2.2 Hệ phương trình cân bằng công suất nút

Trong tính toán chế độ xác lập, thường ta không biết dòng điện nút, mà chỉ biết công suất nút, do đó, hệ phương trình tính toán chế độ cần chuyển về dạng cân bằng công suất nút

Mỗi nút của hệ thống có 2 phương trình thực và được xác định bằng 4 thông số:

 Công suất tác dụng P

 Công suất phản kháng Q

 Module điện áp V

 Góc pha điện áp δ

Bài toán chuẩn cho ta biết trước 2 biến thực ở mỗi nút Hai điều kiện cần có là:

 Cần cho trước góc pha điện áp ở một nút nào đó

 Không thể cho trước công suất P (hoặc Q) ở tất cả các nút (không kể nút trung tính - đất, tại đó công suất bằng 0), do vậy phải có ít nhất 1 nút không cho trước công suất, gọi là nút cân bằng công suất

Tùy vào các thông số đã cho trước, 1 lưới điện sẽ gồm 3 loại nút, ưng với 3 -

loại dữ liệu về nút đó:

 Nút phụ tải hay nút PQ

 Nút này cho trước P và Q

 Nút PQ bao gồm các nút tải, thường biết được công suất tiêu thụ trong mọi chế

độ làm việc, nó cũng bao gồm các nút trung gian (công suất nút bằng 0: P = 0, Q = 0); các nút nguồn phát bù, phát P và Q cố định theo yêu cầu; các nút bù công suất phản kháng (P = 0, Q = const)

 Nút nguồn điều khiển điện áp hay nút PV

 Nút này cho trước P và mô đun điện áp U

 Nút PV có nhiệm vụ giữ điện áp tại nó không đổi, nó thường bao gồm các nút nguồn điện lớn, được trang bị các thiết bị tự động điều chỉnh kích tù; hoặc các nút

bù công suất phản kháng, có nhiệm vụ giữ điện áp

 Nút cân bằng:

 Nút cân bằng cho trước điện áp và góc pha, thường cho (δ = 0)

 Nút cân bằng là một nút nhà máy điện có công suất lớn, có nhiệm vụ điều tần cho hệ thống

2.2.2.3 Phương pháp Newton - Raphson

Phương pháp Newton - Raphson được sử dụng phổ biến để giải các phương trình dòng công suất của hệ thống điện Khai triển chuỗi Taylor đối với hàm có hai hay nhiều biến là cơ sở của phương pháp này

Hình 2.3 Minh họa phương pháp Newton Raphson

b Hệ phương trình phi tuyến

Xét hệ phương trình phi tuyến F(x) có nhiều biến trạng thái X = [x1, x2…xn]Tnhư sau:

2 (x ,x , x ) 2

F X    với ε đủ nhỏ

Hình 2.4 Sơ đồ khối phương pháp Newton Raphson

c Ứng dụng trong giải tích lưới điện

Xét hệ thống có n+1 nút (trừ nút cơ sở):

Chọn xấp xỉ đầu Gán i = 0

Nếu đường dây nối giữa nút i và j có tổng dẫn nối tiếp là Yij :

 Pi,d và Qi,d là công suất tác dụng và phản kháng đã cho ở nút i

 Pi,t và Qi,t là công suất tác dựng và phản kháng tính được tại nút i

Trong n+1 nút của hệ thống ta có nút cân bằng (giả sử đánh số 0) có các giá trị

đã biết là U0 và δ0 Vậy lưới điện còn lại n nút: nc nút PQ và ng nút PV

 Các nút PV không cho Q nên ta loại bỏ phương trình ΔQ, chỉ có biến trạng thái δ

 Các nút PQ lập cả 2 phương trình ΔP và ΔQ, có hai biến trạng thái là U và δ

Như vậy hệ sẽ có (2nc+ ng) = (n+nc) phương trình, (n+nc) ẩn Các biến nút còn lại là Q ở nút PV và P,Q ở nút cân bằng có thể tính dược dễ dạng sau khi đã giải hệ phương trình

Theo phương pháp Newton-Raphson ta sẽ có n phương trình P và nc phương trình Qi

P UU

1

.

U U

Unc Unc

n n

Nếu không xác định được xấp xỉ ban đầu thỏa mãn, ta có thể chọn giá trị điện áp các nút PQ bằng định mức, điện áp các nút PV theo giá trị đã cho và góc pha củacác nút lấy bằng 0 (bằng nút cân bằng)

Tuy thời gian tính mỗi bước lặp của phương pháp Newton-Raphson lớn, nhưng

số bước lặp yêu cầu thường nhỏ, hầu như không phụ thuộc vào số nút củalưới điện tính toán Do đó, sử dụng phương pháp này có lợi cho tính toán hệ thống điện có số nút bất kỳ