NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT. LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT Học viên: Nguyễn Phạm Hiếu Nhân Chuyên ngành:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN PHẠM HIẾU NHÂN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ

HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢM TỔN THẤT

ĐIỆN NĂNG, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện

Mã số : 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỮU HIẾU

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất cứ công trình nào

Tác giả luận văn

Nguyễn Phạm Hiếu Nhân

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG ÁN GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT

Học viên: Nguyễn Phạm Hiếu Nhân Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.52.02.02 Khóa: K33ĐL Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN

Tóm tắt – Giảm tổn thất điện năng là một công tác quan trọng của ngành điện lực Việt Nam

Tuy nhiên, việc thực hiện công tác này chưa quan tâm đúng mức đến chi phí kinh tế Luận văn trình bày một hướng mới cho công tác này đó là đưa ra một tập hợp các kết quả thể hiện mối tương quan giữa chi phí đầu tư nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng và chi phí tương đương có được do công tác này mang lại Do đó, chúng ta có nhiều cơ hội lựa chọn được phương án phù hợp hơn với thực tế khả năng đầu tư nhưng vẫn đảm bảo được tính hiệu quả Bên cạnh đó, việc xác định được điểm đầu tư hiệu quả nhất trong việc giảm tổn thất lưới điện

sẽ giúp hạn chế việc lãng phí nguồn vốn

Từ khóa – tối ưu đa mục tiêu, bù công suất phản kháng, tổn thất công suất

RESEARCH PROJECT: REDUCING POWER LOSSES EFFECTIVE - APPLYING TO DALAT CITY'S ELECTRICITY GRID CONTEXT

Abstract - Reduce power losses is an important task of the electric power industry in

Vietnam However, the implementation of this work is not yet properly concern to economic cost The thesis presents a new direction for this work which is bringing out a collection of results demonstrated correlation between investment costs intended to reduce power losses and cost the equivalent of having been caused by this work brings Therefore, we have many opportunities to select options that better fit the fact likely to invest but still ensure effectiveness Besides, determining the most effective investment score in reducing losses of grid will help to limit the waste of ability

Keywords – Multi-objecttives optimization, load compensation ,power loss

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Bố cục của luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI &TỔN THẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3

1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối 3

1.2 Đặc điểm lưới điện phân phối 3

1.2.1 Sơ đồ hình tia 3

1.2.2 Sơ đồ mạch vòng 4

1.3 Tổn thất và nguyên nhân gây tổn thất 5

1.3.1 Tổn thất kỹ thuật 5

1.3.2 Tổn thất thương mại 6

1.4 Bù công suất phản kháng trong lưới điện phân phối 7

1.4.1 Bù công suất phản kháng 7

1.4.2 Yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế 8

1.4.2.1 Tiêu chí kỹ thuật 8

1.4.2.2 Tiêu chí về kinh tế 9

1.4.3 Các phương pháp bù công suất phản kháng 9

1.4.3.1 Bù nối tiếp (Bù dọc) 9

1.4.3.2 Bù song song (Bù ngang) 9

1.4.4 Phương thức bù công suất phản kháng 9

1.4.5 Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng của lưới phân phối xét trong một số trường hợp đơn giản 10

1.4.5.1 Lưới phân phối có một phụ tải 10

1.4.5.2 Lưới điện phân phối có phụ tải phân bố đều trên trục chính 13

1.5 Kết luận chương 1 15

CHƯƠNG 2 LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU 16 2.1 Giới thiệu bài toán tối ưu nhiều mục tiêu 16

2.2 Tối ưu Pareto 17

2.2.1 Khái niệm 17

2.2.2 Định nghĩa về đường cong Pareto 17

2.2.3 Mô hình toán học về đường cong Pareto 17

2.2.3.1 Định nghĩa về ưu thế 17

2.2.3.2 Đường cong Pareto 18

2.3 Thuật toán NSGA-II 19

2.4 Kết luận chương 2 22

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐA MỤC TIÊU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 23

3.1 Tổng quan về chương trình 23

3.2 Giới thiệu về chương trình PSS/ADEPT 24

3.2.1 Các chức năng và ứng dụng của PSS/ADEPT 24

3.2.2 Các bước thực hiện trên PSS/ADEPT để tính toán vị trí bù tối ưu trên lưới điện 24

3.2.3 Nhận xét về bài toán CAPO của phần mềm PSS/ADEPT 31

3.3 Giới thiệu về phần mềm MATLAB 31

3.3.1 Giao diện làm việc của chương trình MATLAB 32

3.3.2 Các hàm thông dụng trong chương trình MATLAB 32

3.4 Giới thiệu về phần mềm MATPOWER 34

3.4.1 Dữ liệu đầu vào của MATPOWER 35

3.4.1.1 Dữ liệu về nút 35

3.4.1.2 Dữ liệu về máy phát 36

3.4.1.3 Dữ liệu về nhánh 36

3.4.2 Các hàm thông dụng của MATPOWER 37

3.5 Xây dựng chương trình đề xuất 38

3.5.1 Xây dựng bài toán bù kinh tế mạng điện 38

3.5.2 Hàm tối ưu đa mục tiêu trong MATLAB 40

3.6 Cấu trúc chương trình đa mục tiêu 42

3.6.1 Dữ liệu đầu vào 42

3.6.2 Cấu trúc chương trình đa mục tiêu 43

3.7 Kết luận chương 3 46

CHƯƠNG 4 ÁP DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐA MỤC TIÊU

BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TẠI THÀNH

PHỐ ĐÀ LẠT 47

4.1 Giới thiệu lưới phân phối 22kV tại thành phố Đà Lạt 47

4.1.1 Khái quát chung 47

4.1.2 Giới thiệu tuyến phân phối trung áp 22kV 472 Đà Lạt 47

4.2 Tính toán bù kinh tế cho lưới bằng PSS/ADEPT 50

4.3 Tính toán đa mục tiêu bù kinh tế cho lưới bằng chương trình đề xuất 52

4.4 Kết luận chương 4 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHỤ LỤC 57 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂ THẠC SĨ (bản sao)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

- EVN: Tập đoàn Điện lực Việt Nam

- MBA: Máy biến áp

- NSGA-II: Fast Non -dominated Sorting Genetic Algorithm

- PSS/ADEPT: Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool

- GA: Genetic Algorithm

- TTCS : Tổn thất công suất

- TTĐN: Tổn thất điện năng

- TU: Biến điện áp đo lường

- TI: Biến dòng điện đo lường

- ΔA: Tổn thất điện năng

- ΔP: Tổn thất công suất tác dụng

- ΔQ: Tổn thất công suất phản kháng

DANH MỤC CÁC BẢNG

4.3 Kết quả tính toán bằng chương trình tối ưu 52

DANH MỤC CÁC HÌNH

3.1 Thiết lập các thông số kinh tế cho PSS/ADEPT 25 3.2 Cài đặt các tùy chọn cho bài toán tính toán tối ưu vị trí bù tại thẻ

3.4 Dữ liệu về nút trong case ma trận thông số của lưới điện 35 3.5 Dữ liệu về máy phát trong case ma trận thông số của lưới điện 36 3.6 Dữ liệu về nhánh trong case ma trận thông số của lưới điện 37

3.15 Phân bố công suất trên chương trình tối ưu 45

4.1 Thông tin thiếp lập chỉ tiêu kinh tế cho bài toán CAPO 50 4.2 Thông tin thiếp lập tụ bù cho bài toán CAPO 51

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Điện năng là ngành năng lượng quan trọng hàng đầu của một quốc gia Vì nguồn năng lượng này là tiền đề cho sự phát triển công nghiệp, hiện đại hóa đời sống xã hội Tuy nhiên, việc sản xuất điện năng ngày càng khó khăn do cạn kiệt nguồn tài nguyên như nước, than đá… Đến năm 2030, Việt Nam sẽ không còn tiềm năng thủy điện lớn vì đã khai thác hết Trữ lượng than đá cũng đang cạn dần Năm 2015, khả năng khai thác than đá đáp ứng từ 96%-100% nhu cầu sử dụng để sản xuất điện năng Năm 2020, khả năng khai thác chỉ đáp ứng được 60% và đến năm 2035, tỉ lệ này chỉ còn 34%

Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến

2030 thì vào năm 2020, Việt Nam sẽ nhập khẩu hơn 2.300 MW điện (chiếm 3,1% tổng

cơ cấu năng lượng điện), năm 2030 sẽ nhập 7.100 MW (chiếm 4,9% tổng cơ cấu năng lượng điện)

Điều này cho thấy quá trình công nghiệp hóa nhanh chóng khiến nguồn cung năng lượng đã không đáp ứng kịp nhu cầu Do đó, bên cạnh việc tìm nguồn lực để sản xuất điện năng thì việc sử dụng có hiệu quả nguồn năng lượng này cũng đóng vai trò hết sức quan trọng

Chính vì vậy, một trong những công tác thường xuyên được quan tâm của ngành Điện lực Việt Nam hiện nay là giảm tổn thất điện năng trên hệ thống lưới điện phân phối Hàng năm, một lượng vốn rất lớn được đưa vào lưới điện thông qua các chương trình sửa chữa lớn, sửa chữa thường xuyên để mua sắm, lắp đặt nhiều thiết bị vận hành (tụ bù, thay dây dẫn, thay máy biến áp tổn thất thấp…) nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng trên lưới điện Tuy nhiên, các chương trình này thông thường có nhược điểm đó là: nguồn lực tài chính là nguồn lực hữu hạn nhưng vẫn chưa có những đánh giá chính xác tính hiệu quả của các công trình sửa chữa, nâng cấp lưới nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng

Trước nhu cầu thực tiễn trên đây và vị trí công tác của tác giả đề tài, tác giả mong muốn xây dựng một chương trình thể hiện mối tương quan giữa chi phí đầu tư

và lợi nhuận thu được từ việc giảm tổn thất Sau đó, tác giả áp dụng vào một phát tuyến 22kV hiện hữu để xem xét và đề xuất các giải pháp liên quan

Xuất phát từ các lý do nêu trên, đề tài “Nghiên cứu xây dựng chương trình

đánh giá hiệu quả các phương án giảm tổn thất điện năng, áp dụng cho lưới điện phân phối thành phố Đà Lạt” được đề xuất nghiên cứu Đây cũng là một vấn đề đang

được các cán bộ lãnh đạo, quản lý tại các Điện lực trực thuộc Công ty Điện lực Lâm Đồng quan tâm nghiên cứu

2 Mục đích nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là giải quyết các vấn đề sau:

- Xây dựng chương trình tối ưu đa mục tiêu giữa chi phí lắt đặt tụ bù và lợi nhuận

từ việc giảm tổn thất công suất trên lưới điện

- Sử dụng chương trình để tính toán cho một phát tuyến 22kV của Điện lực Đà Lạt

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các phương pháp tính toán tổn thất công suất trong đó nhấn mạnh đến phương pháp bù công suất phản kháng Sau đó sử dụng chương trình MATLAB và MATPOWER để xây dựng chương trình tối ưu đa mục tiêu

Áp dụng đối tượng nghiên cứu trên cho một phát tuyến cụ thể là tuyến 22kV thuộc khu vực Thành Phố Đà Lạt

4 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình,…viết về vấn đề tính toán xác định tổn thất công suất và các cấu trúc câu

lệnh trong chương trình MATLAB, MATPOWER

- Phương pháp thực nghiệm: Áp dụng chương trình đã xây dựng để tính toán các phương án bù công suất phản kháng trong đó có so sánh kết quả với chương trình PSS/ADEPT

5 Bố cục của luận văn

Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn được biên chế thành 4 chương như sau:

- Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối và tổn thất trên lưới điện phân

phối

- Chương 2: Lý thuyết xây dựng bài toán tối ưu đa mục tiêu

- Chương 3: Xây dựng chương trình tính toán đa mục tiêu bù công suất phản

kháng cho lưới điện phân phối

- Chương 4: Áp dụng chương trình tính toán đa mục tiêu bù công suất phản

kháng cho lưới điện phân phối tại thành phố Đà Lạt

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI &TỔN THẤT TRÊN

LƯỚI ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải

và phân phối được nối với nhau thành một hệ thống thống nhất làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng Theo mục đích nghiên cứu, hệ thống điện được chia thành các phần hệ thống như:

- Lưới hệ thống 500kV

- Lưới truyền tải (35, 110, 220kV)

- Lưới phân phối trung áp (6, 10, 22, 35kV)

- Lưới phân phối hạ áp (0,4kV)

1.2 Đặc điểm lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối cung cấp điện trực tiếp đến khách hàng của một địa phương nhỏ nên thường có cấp điện áp trung áp 6, 10, 15, 22, 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung, hạ áp Đặc điểm chính của lưới điện phân phối là:

- Chế độ vận hành bình thường của lưới phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện thỉnh thoảng cũng có cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hở

- Trong mạch vòng các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc thiết bị nối mạch vòng Các thiết bị này vận hành ở vị trí mở, trong trường hợp cần sửa chữa hoặc sự cố đường dây điện thì việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng cắt dao cách ly phân đoạn hay tự động chuyển đổi nhờ các thiết bị nối mạch vòng

- Phụ tải của lưới phân phối đa dạng và phức tạp, nhất là ở Việt Nam các phụ tải sinh hoạt và dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp đa phần cùng trong một hộ phụ tải

Sơ đồ cấp điện của lưới điện phân phối có các dạng cơ bản sau:

1.2.1. Sơ đồ hình tia

Đây là loại sơ đồ đơn giản và thông dụng nhất Từ trạm nguồn có nhiều xuất tuyến đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối Trục chính của các xuất tuyến này được phân đoạn để tăng độ tin cậy cung cấp điện Thiết bị phân đoạn có thể là cầu chì, dao cách ly, máy cắt hoặc các Recloser có thể tự đóng lập lại Giữa các trục chính của một trạm nguồn hoặc giữa các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông với nhau để dự phòng khi sự cố, cắt điện công tác trên đường trục hay các trạm biến áp nguồn Máy cắt và dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở

Các phụ tải điện sinh hoạt 0,2kV - 0,4kV được cung cấp từ các trạm biến áp phân phối Mỗi trạm biến áp phân phối là sự kết hợp giữa cầu chì, máy biến áp và tủ điện phân phối hạ áp Đường dây hạ áp 0,2kV - 0,4kV của các trạm biến áp phân phối này thường có cấu trúc hình tia Hình 1.1 thể hiện sơ đồ hệ thống phân phối hình tia

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phân phối hình tia

1.2.2. Sơ đồ mạch vòng

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phân phối mạch vòng

Thường được áp dụng cho lưới điện phân phối đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện

và chất lượng điện năng Các xuất tuyến được cấp điện trực tiếp từ các trạm khác nhau

và trên mỗi tuyến đều có 2 máy cắt đặt ở hai đầu Các trạm biến áp phân phối được đấu liên thông và mỗi máy biến áp đều có 2 dao cách ly đặt ở hai phía Máy biến áp được cấp điện từ phía nào cũng được Sơ đồ mạch vòng dạng này thường được áp dụng cho lưới điện phân phối dùng cáp trung thế

Trong thực tế, lưới điện phân phối tại Việt Nam là sự phối hợp của hai loại sơ đồ trên Chúng bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông với nhau bởi một mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín Đối với các khu vực đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao thì sơ đồ lưới phân phối thường được áp dụng kiểu sơ đồ dạng thứ hai

1.3 Tổn thất và nguyên nhân gây tổn thất

Tổn thất điện năng trên hệ thống điện là lượng điện năng tiêu hao cho quá trình truyền tải và phân phối điện từ thanh cái các nhà máy điện qua hệ thống lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ sử dụng điện Chính vì vậy, tổn thất điện năng còn được định nghĩa là điện năng dùng để truyền tải, phân phối điện và là một trong những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của ngành Điện

Việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp mới để giảm tỷ lệ tổn thất điện năng là mục tiêu của ngành Điện tất cả các nước, đặc biệt trong bối cảnh hệ thống đang mất cân đối về lượng cung cầu điện năng như nước ta hiện nay Tỷ lệ tổn thất điện năng phụ thuộc vào đặc tính của mạch điện, lượng điện truyền tải, khả năng cung cấp của hệ thống và công tác quản lý vận hành hệ thống điện Tổn thất điện năng được phân chia thành hai loại cơ bản là tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại

1.3.1. Tổn thất kỹ thuật

Tổn thất kỹ thuật là tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện Do dây dẫn, máy biến áp, thiết bị trên lưới đều có trở kháng nên khi dòng điện chạy qua gây tiêu hao điện năng do phát nóng máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị điện Ngoài ra đường dây dẫn điện cao áp từ 110kV trở lên còn có tổn thất vầng quang; dòng điện qua cáp ngầm, tụ điện còn có tổn thất do điện môi, đường dây điện đi song song với đường dây khác như dây chống sét, dây thông tin có tổn hao điện năng do hỗ cảm

Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện bao gồm TTCS tác dụng và TTCS phản kháng TTCS phản kháng do từ thông rò, gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây TTCS phản kháng chỉ làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến TTĐN TTCS tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến TTĐN Tổn thất kỹ thuật có các nguyên nhân chủ yếu như sau:

- Đường dây quá dài, bán kính cấp điện lớn, tiết diện dây dẫn quá nhỏ, đường dây

bị xuống cấp, không được cải tạo nâng cấp, trong quá trình vận hành làm tăng nhiệt độ dây dẫn, điện áp giảm dưới mức cho phép và tăng TTĐN trên dây dẫn

- Máy biến áp vận hành non tải hoặc không tải sẽ không phù hợp với hệ thống đo đếm dẫn tới TTĐN cao

- Máy biến áp vận hành quá tải do dòng điện tăng cao làm phát nóng cuộn dây và dầu cách điện của máy dẫn đến tăng tổn thất điện năng trên máy biến áp đồng thời gây sụt áp và làm tăng TTĐN trên lưới điện phía hạ áp

- Tổn thất do thiết bị cũ, lạc hậu: các thiết bị cũ thường có hiệu suất thấp, máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian vận hành tổn thất có xu hướng tăng lên

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

- Tổn thất dòng rò: Sứ cách điện, chống sét van và các thiết bị không được kiểm tra, bảo dưỡng hợp lý dẫn đến dòng rò, phóng điện

- Đối với hệ thống nối đất trực tiếp, lặp lại không tốt dẫn đến TTĐN sẽ cao

- Hành lang tuyến không đảm bảo: không thực hiện tốt việc phát quang, cây mọc chạm vào đường dây gây dòng rò hoặc sự cố

- Hiện tượng quá bù, hoặc vị trí và dung lượng bù không hợp lý

- Tính toán phương thức vận hành không hợp lý, để xảy ra sự cố dẫn đến phải sử dụng phương thức vận hành bất lợi và TTĐN tăng cao

- Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên dây trung tính, dây pha và cả trong máy biến áp, đồng thời cũng gây quá tải ở pha có dòng điện lớn

- Vận hành với hệ số cosφ thấp do phụ tải có hệ số cosφ thấp, thực hiện lắp đặt

và vận hành tụ bù không phù hợp Cosφ thấp dẫn đến tăng dòng điện truyền tải hệ thống và tăng TTĐN

- Các điểm tiếp xúc, các mối nối tiếp xúc kém nên làm tăng nhiệt độ, tăng TTĐN

- Hiện tượng vầng quang điện: đối với đường dây điện áp cao từ 110kV trở lên xuất hiện hiện tượng vầng quang điện gây TTĐN

- Chế độ sử dụng điện không hợp lý: công suất sử dụng của nhiều phụ tải có sự chênh lệch quá lớn giữa giờ cao điểm và thấp điểm

1.3.2. Tổn thất thương mại

Tổn thất thương mại 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 thương mại cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công cụ quản lý của các công ty điện lực, trong

đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần mềm quản lý

Tổn thất thương mại bao gồm các dạng tổn thất như sau:

- Các thiết bị đo đếm như công tơ, TU, TI không phù hợp với tải có thể quá lớn hay quá nhỏ hoặc không đạt cấp chính xác yêu cầu, hệ số nhân của hệ thống đo không đúng, các tác động làm sai lệch mạch đo đếm điện năng, gây hỏng hóc công

tơ, các mạch thiết bị đo lường, …

- Sai sót khâu quản lý: TU mất pha, TI, công tơ hỏng chưa kịp xử lý, thay thế kịp thời, không thực hiện đúng chu kỳ kiểm định và thay thế công tơ định kỳ theo quy định của Pháp lệnh đo lường, đấu nhầm, đấu sai sơ đồ đấu dây, … là các nguyên nhân dẫn đến đo đếm không chính xác gây TTĐN

- Sai sót trong nghiệp vụ kinh doanh: đọc sai chỉ số công tơ, thống kê tổng hợp không chính xác, bỏ sót khách hàng, …

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

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

- Sai sót trong khâu tính toán xác định tổn thất kỹ thuật

Hiện nay, có nhiều các phương pháp giảm tổn thất điện năng tùy thuộc vào việc xác định nguyên nhân gây tổn thất Trong phạm vi đề tài nghiên cứu đưa ra các phương án tối ưu cho việc lắp đặt tụ bù, vì vậy, luận văn sẽ trình bày về phương án giảm tổn thất bằng bù công suất phản kháng

1.4 Bù công suất phản kháng trong lưới điện phân phối

1.4.1. Bù công suất phản kháng

Công suất phản kháng do phụ tải yêu cầu mang thuộc tính cảm, để sinh ra từ trường cần thiết cho quá trình chuyển đổi điện năng, từ trường xoay chiều cần một điện năng dao động đó là công suất phản kháng có tính cảm Q Điện năng của từ trường dao động dưới dạng dòng điện, khi đi trên dây dẫn nó gây tổn thất điện năng và tổn thất điện áp không có lợi cho lưới điện

Hình 1.3 Bù công suất phản kháng

Muốn giảm được tổn thất điện năng và tổn thất điện áp do từ trường gây ra người

ta đặt tụ điện ngay sát vùng từ trường hình 1.3 Tụ điện gây ra điện trường xoay chiều, điện trường cũng cần một điện năng dao động - công suất phản kháng dung tính QC , nhưng ngược về pha so với từ trường Khi từ trường phát năng lượng thì điện trường nhận vào và ngược lại Nhờ đặc tính này mà khi đặt cạnh nhau điện trường và từ trường tạo mạch dao động, năng lượng của chúng truyền quan lại cho nhau, chỉ có phần thừa ra Q - QC (dù điện cảm hay điện dung) mới đi về nguồn điện Nhờ vậy dòng công suất phản kháng giảm đi Công suất phản kháng dung tính đi về nguồn cũng gây

tổn thất điện năng như công suất phản kháng cảm tính, nhưng về điện áp thì nó làm tăng điện áp ở nút tải so với nguồn (tổn thất điện áp âm) Vì thế khi đặt bù cũng phải tránh không gây quá bù (QC¬>Q)

1.4.2. Yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế

1.4.2.1 Tiêu chí kỹ thuật

a) Yêu cầu về cosφ

Phụ tải của các hộ gia đình thường có hệ số công suất cao, thường là gần bằng 1,

do đó mức tiêu thụ công suất phản kháng rất ít không thành vấn đề lớn cần quan tâm Trái lại, các xí nghiệp, nhà máy, phân xưởng… dùng động cơ không đồng bộ, là nơi tiêu thụ chủ yếu công suất phản kháng Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động cơ, các yếu tố chủ yếu như sau:

- Dung lượng của động cơ càng lớn thì hệ số công suất càng cao, suất tiêu thụ công suất phản kháng càng nhỏ

- Hệ số công suất của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ, nhất là đối với các động cơ nhỏ

- Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào hệ số phụ tải của động cơ, khi quay không tải lượng công suất phản kháng cần thiết cho động

cơ không đồng bộ cũng đã bằng 60%– 70% lúc tải định mức

b) Đảm bảo mức điện áp cho phép

Khi có điện chạy trong dây dẫn thì bao giờ cũng có điện áp rơi, cho nên điện áp ở từng điểm khác nhau trên lưới không giống nhau Tất cả các thiết bị tiêu thụ điện đều được chế tạo để làm việc tối ưu với một điện áp đặt nhất định, nếu điện áp đặt trên đầu cực của thiết bị điện khác trị số định mức sẽ làm cho tình trạng làm việc của chúng xấu

Có thể thay đổi sự phân bố công suất phản kháng trên lưới, bằng cách đặt các máy bù đồng bộ hay tụ điện tĩnh, và cũng có thể thực hiện được bằng cách phân bố lại công suất phản kháng phát ra giữa các nhà máy điện trong hệ thống

c) Giảm tổn thất công suất đến giới hạn cho phép

Muốn nâng cao điện áp vận hành có nhiều phương pháp:

- Thay đổi đầu phân áp của MBA

- Nâng cao điện áp của máy phát điện

- Làm giảm hao tổn điện áp bằng các thiết bị bù

1.4.2.2 Tiêu chí về kinh tế

Khi thực hiện bù kinh tế người ta tính toán để đạt được các lợi ích, nếu lợi ích thu được cho việc lắp đặt thiết bị bù lớn hơn chi phí lắp đặt thì việc bù kinh tế sẽ được thực hiện

- Giảm được tổn thất điện năng

- Cải thiện được chất lượng điện áp trong lưới phân phối

b) Chi phí đặt tụ bù

- Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù

- Tổn thất điện năng trong tụ bù

1.4.3. Các phương pháp bù công suất phản kháng

Có hai phương pháp bù được áp dụng trong giảm tổn thất, đó là bù ngang và bù dọc

1.4.3.1 Bù nối tiếp (Bù dọc)

Tụ điện bù dọc được mắc nối tiếp đường dây nhằm làm giảm điện kháng của đường dây và được sử dụng chủ yếu để tăng điện áp cuối đường dây, tức là làm giảm tồn thất điện áp Nó cũng cải thiện hệ số công suất đầu đường dây Thực tế lưới phân phối ít sử dụng

1.4.3.2 Bù song song (Bù ngang)

Tụ bù ngang được kết nối song song trong hệ thống và được sử dụng chủ yếu để cải thiện hệ số công suất, nhằm làm giảm công suất phản kháng truyền tải Từ đó làm giảm tổn thất trên đường dây Bù song song cũng có tác dụng làm tăng điện áp của trục chính nghĩa là giảm tổn thất điện áp, đồng thời lọc sóng hài

1.4.4. Phương thức bù công suất phản kháng

Bù công suất phản kháng mang lại 2 lợi ích: giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện áp với chi phí vận hành không đáng kể

Trong lưới phân phối có thể có 3 loại bù công suất phản kháng:

- Bù kỹ thuật để nâng cao điện áp Do thiếu công suất phản kháng, điện áp sẽ thấp Nếu công suất phản kháng nguồn thiếu thì bù công suất phản kháng là một

giải pháp nâng cao điện áp, cạnh tranh với các biện pháp khác như tăng tiết diện dây, điều áp dưới tải

- Bù kinh tế để giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng

- Trong lưới xí nghiệp phải bù cưỡng bức để đảm bảo cos theo yêu cầu Bù này không phải do điện áp thấp hay tổn thất điện năng cao mà do yêu cầu từ hệ thống điện Tuy nhiên lợi ích kéo theo là giảm tổn thất điện năng và cải thiện điện áp

Bù kinh tế là để lấy lợi, nếu lợi thu được do bù lớn hơn chi phí đặt bù thì bù sẽ được thực hiện

Có 2 cách đặt bù:

Cách 1: Bù tập trung tại một số điểm trên trục chính lưới trung áp

Cách 2: Bù phân tán ở các trạm phân phối hạ áp

Bù theo cách 1, trên 1 trục chính chỉ đặt 1 đến 3 trạm tụ bù (hình 1.4) Công suất

bù có thể lớn, dễ thực hiện điều khiển các loại Dùng tụ trung áp nên giá thành đơn vị

bù rẻ và công suất đơn vị lớn Việc quản lý và vận hành dễ dàng

Hình 1.4 Vị trí lắp đặt tụ bù công suất phản kháng

Bù theo cách 2 giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng nhiều hơn vì

bù sâu hơn Nhưng do bù quá gần phụ tải nên nguy cơ cộng hưởng và tự kích thích ở phụ tải cao Để giảm nguy cơ này phải hạn chế công suất bù sao cho ở chế độ cực tiểu công suất bù không lớn hơn yêu cầu của phụ tải Giá thành đơn vị bù cao hơn tập trung Trong thực tế có thể dùng kết hợp cả 2 cách

1.4.5. Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng của lưới phân phối xét trong một số trường hợp đơn giản

1.4.5.1 Lưới phân phối có một phụ tải

Xét lưới phân phối như trên hình 1.5 Công suất phản kháng yêu cầu cực đại là Qmax, công suất bù là Qbù, đồ thị kéo dài của công suất phản kháng yêu cầu là q(t),

đồ thị kéo dài của công suất phản kháng sau khi bù là:

qb(t) = q(t) - Qb

Trên hình 1 b : qb1(t) ứng với Qb = Qmin

Trên hình 1 c : qb2(t) ứng với Qb = Qmax

Trên hình 1 d : qb3(t) ứng với Qb = Qtb (Công suất phản kháng trung bình)

a) Qb=Qmin b) Qb=Qtb

c) Qb=Qmax

Hình 1.5 Ảnh hưởng của tụ bù đến sơ đồ lưới phân phối có 1 phụ tải

Tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng q(t) gây ra là:

P1 = R

U

t q

2

2)(

U là điện áp định mức của lưới điện

Tổn thất công suất sau khi bù:

P2 = R

U

Q t

2

2])([

U

Q Q t q t

2

2 2

)(2)(

Lợi ích về tổn thất công suât tác dụng sau khi bù chính là độ giảm tổn thất công

suất tác dụng do bù:

P(t) = P1 - P2 = R

U

Q Q t

2

2)

(2

= . .[2 (2) ]

U

Q t q Q

Lợi ích do giảm tổn thất công suất tác dụng chỉ có ý nghĩa ở chế độ max của hệ

thống khi mà nguồn công suất tác dụng bị căng thẳng, giả thiết tổn thất công suất max

của lưới điện trùng với max hệ thống, lúc đó q(t) = Qmax và:

 P sẽ lớn nhất khi Qb = Qmax

Độ giảm tổn thất điện năng trong khoảng thời gian xét T là tích phân của

theo ở trên trong khoảng thời gian xét T:

A = 0 2

2

].

).

( 2 [

U

dt R Q Q t q T

b b

U

TQ Q

2

= . . [2.2 ]

U

Q Q Q R

= . . [2. 2. max ]

U

Q Q

K Q R

Như vậy muốn giảm được nhiều nhất tổn thất điện năng thì Qb = Qtb của phụ tải

Trong khi đó muốn giảm được nhiều nhất tổn thất công suất thì Qb = Qmax

Không được lạm dụng sự tăng công suất bù vì như vậy lợi ích do bù sẽ lại giảm

2 max

Q

U

1.4.5.2 Lưới điện phân phối có phụ tải phân bố đều trên trục chính

Xét lưới điện phân phối trên hình 1.6 Trong trường hợp này đặt vấn đề là địa điểm đặt bù nên ở đâu để hiệu quả bù là lớn nhất Còn vấn đề công suất bù đã được giải quyết ở phần trên và vẫn đúng cho trường hợp này

Hình 1.6 Ảnh hưởng của tụ bụ đến lưới điện có một phụ tải phân bố đều trên trục

Tổn thất công suất tác dụng trên đoạn L - lx là:

U

q r

[lx3 + (L-lx)3/4]

Độ giảm tổn thất công suất do bù là:

P = P1 + P2 = r0.q02.L3/(3.U2) - 2

2 0 0.3

U

q r

[lx3 + (L-lx)3/4]

Đặt đạo hàm của P theo lx rồi đặt = 0 và giải ra ta được lxop:

x l

P

= - 2

2 0 0.3

U

q r

[3.lx2 - 3(L-lx)2 = 0

lxop = L/3

Từ đây ta có vị trí bù tối ưu lbop = 2.L/3

Như vậy muốn độ giảm tổn thất công suất tác dụng do bù lớn nhất, nguồn điện phải cung cấp công suất phản kháng cho 1/3 độ dài lưới điện, tụ bù cung cấp công suất phản kháng cho 2/3 còn lại và đặt ở vị trí cách đầu lưới điện 2/3L Từ đây cũng tính được công suất bù tối ưu là 2/3 công suất phản kháng yêu cầu

Để có độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất vẫn phải đặt bù tại 2/3L nhưng công suất bù tối ưu là 2/3 công suất phản kháng trung bình Trong lưới điện phức tạp vị trí

bù tối ưu có thể xê dịch một chút so với lưới điện đơn giản xét ở đây

Hai trường hợp đơn giản trên đây cho thấy rõ về khái niệm như: Độ giảm tổn thất công suất tác dụng, độ giảm tổn thất điện năng do bù, công suất bù tối ưu theo các điều kiện giảm tổn thất công suất tác dụng, giảm tổn thất điện năng, vị trí đặt bù cũng như điều kiện cần thiết để giải bài toán bù

Các loại tụ bù được sử dụng phổ biến:

Trong hệ thống điện hai loại thiết bị bù được sử dụng phổ biến nhất là tụ điện tĩnh và máy bù đồng bộ tuy nhiên tụ điện tĩnh được sử dụng nhiều hơn vì các lí do sau đây:

- Tổn thất công suất tác dụng trong máy bù đồng bộ lớn hơn nhiều so với tụ điện tĩnh: Ở máy bù đồng bộ tổn thất công suất tác dụng trong 1 đơn vị bù là (1.3%-5%) còn ở tụ điện tĩnh chỉ khoảng 0.5%

- Sử dụng, vận hành tụ điện tĩnh dễ dàng linh hoạt hơn nhiều so với máy bù đồng

bộ vì ở tụ điện tĩnh không có bộ phận quay như ở máy bù đồng bộ Khi hư hỏng từng bộ phận, tụ điện tĩnh vẫn có thể làm việc được trong lúc đó máy bù đồng bộ

bị hư hỏng sẽ mất hết dung lượng bù Ngoài ra tụ điện tĩnh có thể làm việc trong mạng điện với cấp điện áp bất kì còn ở máy bù đồng bộ chỉ làm việc ở một số cấp điện áp nhất định

1.5 Kết luận chương 1

Chương này trình bày các lý thuyết cơ bản về tổn thất điện năng và nêu ra phương pháp giảm tổn thất xuyên suốt đề tài này đó là sử dụng phương pháp bù công suất phản kháng cho lưới điện Đây là cơ sở bước đầu để xây dụng chương trình tối ưu

sẽ được trình bày trong các chương sau Chương tiếp theo sẽ trình bày một số khái niệm về bài toán tối ưu đa mục tiêu để có cơ sở xây dựng chương trình

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU

Hiện nay, có nhiều thuật toán được áp dụng để xây dựng và giải quyết bài toán tối ưu đa mục tiêu Trong phạm vi luận văn này, tác giả đề xuất sử dụng đường cong Pareto cũng như thuật toán tối ưu hóa đa mục tiêu NSGA-II (Fast Non-dominated Sorting Genetic Algorithm) để tối ưu hóa yêu cầu giữa cực tiểu tổn thất điện năng, cực tiểu chi phí lắp đặt, cực tiểu thiết bị sử dụng

2.1 Giới thiệu bài toán tối ưu nhiều mục tiêu

Trong thực tế đời sống cũng như các ngành kỹ thuật, công nghệ, mỗi tổ chức, cá nhân thông thường phải lựa chọn một phương án giải quyết cho một công việc nào đó Lúc đó, yêu cầu cần phải có một phương án, giải pháp tốt nhất để hành động Vấn đề đặt ra là giữa rất nhiều các yếu tố có mối tương quan ràng buộc lẫn nhau, việc tìm ra một hay nhiều phương án để giải quyết các vấn đề trong cùng một thời gian, không gian là rất khó khăn Có rất nhiều lý thuyết cơ sở làm nền tảng giúp tìm ra phương án tối ưu giải quyết vấn đề như: lý thuyết thống kê, lý thuyết quyết định, lý thuyết tối ưu… Do tính ưu việt và hiệu quả nên tối ưu hóa nhiều mục tiêu ngày càng được áp dụng rộng rãi trong nhiều ngành nghề, lĩnh vực: kỹ thuật, hàng không, thiết kế… Tối ưu hóa nhiều mục tiêu có nghĩa là tìm phương án tốt nhất theo một nghĩa nhất định nào đó để đạt được (cực đại hay cực tiểu) nhiều mục tiêu cùng một lúc và một phương án như vậy thì ta gọi là phương án lý tưởng Trong một bài toán tối ưu nhiều mục tiêu thường thì các mục tiêu xung đột với nhau nên việc cố gắng làm “tăng” giá trị cực đại hay cực tiểu một mục tiêu có thể sẽ làm “giảm” gía trị cực đại hay cực tiểu của các mục tiêu khác nên việc tồn tại phương án lý tưởng là rất hiếm Vì vậy cách tốt nhất là tìm một phương án nhằm thỏa mãn tất cả các yêu cầu các mục tiêu trong một mức độ chấp nhận được và phương án như thế gọi là phương án thỏa hiệp của các hàm mục tiêu

Có rất nhiều lớp khác nhau để biểu diễn cho bài toán tối ưu nhiều mục tiêu Trong phạm vi luận văn này ta sẽ biểu diễn bài toán tối ưu nhiều mục tiêu dưới dạng sau

Min {f1(x)…fk(x)} sao cho x ϵ X

Trong đó:

x là biến quyết định

X= {x ϵ Rn|gj(x) ≤0; hj(x)=0 với j=1…p, n} là không gian quyết định

fi: Rn → R với i=1 k là các hàm mục tiêu

Đặt Y= {y= (f1(x)…fk(x)) ϵ Rk} là không gian hàm mục tiêu

KHÔNG GIAN QUYẾT ĐỊNH KHÔNG GIAN MỤC TIÊU

Hình 2.1 Mô hình bài toán tối ưu đa mục tiêu

2.2 Tối ưu Pareto

2.2.1. Khái niệm

Một điểm x* ϵ X được gọi là một nghiệm tối ưu Pareto nếu không tồn tại một nghiệm x ≠ x* ϵ X sao cho x trội hơn x* Nghĩa là: f(x) < f(x*)

Tính chất:

- Nếu x* là nghiệm tối ưu Pareto thì f(x*) gọi là điểm hữu hiệu

- Nếu x1,x2 ϵ X và f(x1) ≤ f(x2) thì ta gọi x1 trội hơn x2 và f(x1) trội hơn f(x2)

- Tất cả các nghiệm tối ưu Pareto x* ϵ X là tập các điểm hữu hiệu, y= f(x*) ϵ Y lần lượt là Xpar và Yeff

2.2.2. Định nghĩa về đường cong Pareto

Một hệ thống điện khi thiết kế cũng như vận hành phải tối ưu (cực đại hay cực tiểu) nhiều mục tiêu khác nhau và thỏa mãn các ràng buộc Hàm mục tiêu này có thể cực đại về độ tin cậy, cực tiểu về chi phí tính toán hay cực tiểu về tổn thất điện năng Thông thường, khi một hàm mục tiêu đạt đến điểm tối ưu thì các hàm mục tiêu khác không thể tốt nhất được

Do đó, kết quả tối ưu đa mục tiêu không bao giờ duy nhất mà thường là một nhóm kết quả thể hiện sự tương quan tốt nhất giữa các hàm mục tiêu Đường cong Pareto là phương thức để biểu diễn nhóm kết quả này

2.2.3. Mô hình toán học về đường cong Pareto

- Giải pháp X có ít nhất một hàm mục tiêu tốt hơn giải pháp Y

Về mặt toán học, nếu bài toán tối ưu với tất cả hàm mục tiêu là cực tiểu, nếu các kết quả X, Y đều thỏa mãn các ràng buộc, X chiếm ưu thế so với Y khi:

) ( ) ( ]

,

1

[

) ( ) ( ]

,

1

[

Y f X f A

j

Y f X f A

i

j j

i i

Hình 2.2 đưa ra một ví dụ về định nghĩa ưu thế với hai hàm mục tiêu cực tiểu là f1 và f2 Với 3 điểm trên không gian f1 và f2, ta nhận thấy rằng các giải pháp X1, X2 chiếm ưu thế so với giải pháp X3

Hình 2.2 Ví dụ về định nghĩa ưu thế 2.2.3.2 Đường cong Pareto

Giải pháp X là điểm tối ưu Pareto nếu không có bất kỳ giải pháp nào chiếm ưu thế hơn giải pháp X Tập hợp các giải pháp X gọi là đường cong tối ưu Pareto (gọi tắt

là đường cong Pareto)

Hình 2.3 biểu diễn đường cong Pareto của hai hàm mục tiêu cực tiểu f1 và f2 Trong hình vẽ các dấu ‘●’ biểu diễn những điểm có thể có giá trị trong không gian f1

và f2

Hình 2.3 Ví dụ về đường cong Pareto

Có nhiều phương pháp để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu, tuy nhiên, trong phạm

vi luận văn này sẽ sử dụng thuật toán di truyền NSGA-II để giải quyết vấn đề này

2.3 Thuật toán NSGA-II

Hiện nay, có khá nhiều phương pháp để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu như: phương pháp Harrington, phương pháp Lagrange, phương pháp chập tuyến tính…Tuy nhiên mỗi phương pháp có ưu nhược điểm khác nhau Phần lớn, các phương pháp toán học cổ điển chỉ cho ta một lời giải duy nhất tốt nhất, và quá trình tính toán bằng tay khá nhiều, chi phí về thời gian và công sức khá lớn, mà không phải lúc nào cũng có lời giải Do không gian tìm kiếm quá rộng lớn (phương pháp liệt kê, chia lưới, vét cạn); do phải tìm cực trị mà hàm số không liên tục, không có đạo hàm;

do dễ rơi vào tối ưu địa phương (pp giải tích, hàm số có điểm yên ngựa, pp leo đồi…) Trong khi đó, thuật toán di truyền (Genetic Algorithm- GA) giúp ta khắc phục các nhược điểm trên Nó có thế mạnh trong lớp các bài toán tối ưu, nhất là các bài toán tối

ưu với không gian tìm kiếm lớn, nhiều chiều, các hàm mục tiêu phức tạp, có thể không liên tục, …Tuy GA không cho ta lời giải chính xác nhất, nhưng GA cho ta tập lời giải xấp xỉ đường biên Pareto Từ đó, dựa vào một số tiêu chí khác, ta chọn được những lời giải tốt nhất cho bài toán của mình

Thuật toán di truyền sắp xếp không thống trị (NSGA-II) được biết như là một kỹ thuật hiệu quả để tìm kiếm tập hợp tối ưu Pareto trong bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu chung

Ưu điểm của phương pháp này đó là:

- Độ phức tạp thấp O(MN2) trong đó M là số mục tiêu và N là kích thước quần thể

- Tính ưu việt: Bảo tồn tính ưu việt cho các giải pháp để đảm bảo sự hội tụ

- Sự đa dạng: Duy trì sự đa dạng của các giải pháp

- Sự lan tỏa phủ rộng trong không gian tìm kiếm

Kết quả giả lập giải các bài toán khó, cho thấy NSGA-II luôn tìm được các giải pháp phủ rộng hơn và hội tụ gần với biên “Pareto tối ưu thực” hơn so với các thuật toán tân tiến khác Trong thuật toán NSGA-II, tính ổn định của kết quả và độ mịn của biên Pareto xấp xỉ phụ thuộc vào điều kiện dừng – tức là số lượng thế hệ tối đa cần đạt đến

Thuật toán NSGA-II được xây dựng trên cơ sở kết hợp 2 thuật toán: thuật toán tiến hóa để lựa chọn phát triển những điểm (hay còn gọi là cá thể) tối ưu và thuật toán phân bố đều mật độ ước lượng (distance crowding) để có phân bố hợp lý các điểm tối

ưu trên đường cong Pareto

Hình 2.4 Phương pháp NSGA II

Trong thuật toán này, có hai quần thể có kích thước không đổi được sử dụng: P là quần thể tốt nhất được chọn lọc qua các thế hệ, Q là quần thể con được sinh ra từ quần thể P bởi các quy luật di truyền (qua các phương pháp lai ghép và đột biến) Sơ đồ thuật toán được trình bày như hình

Hình 2.5 Thuật toán NSGA-II

Xác định đường cong ưu thế:

Đầu tiên, đánh số thứ tự của các đường cong ưu thế và xác định các thể trong hai quần thể P và Q nằm trong từng đường cong Đường cong ưu thế đầu tiên bao gồm tất

cả các cá thể không bị bất kỳ cá thể khác chiếm ưu thế Đây cũng chính là đường cong

Pareto cần xác định Đường cong thứ hai chứa tất cả các cả thể mà chỉ bị cá thể ở đường cong thứ 1 (hay còn gọi là đường cong Pareto) chiếm ưu thế

Nếu hai cá thể X và Y đều thỏa mãn các ràng buộc, điều kiện (3) được sử dụng

để xác định cá thể X chiếm ưu thế hơn cá thể Y Nếu hai cá thể X và Y, có ít nhất 1 cá thể không thõa mãn các ràng buộc, để xác định việc chiếm ưu thế, nhóm tác giả đã lựa chọn phương pháp đề xuất:

- Nếu X thỏa mãn các ràng buộc, Y không thỏa mãn một ràng buộc bất kỳ thì X luôn luôn chiếm ưu thế so với Y

- Nếu cả X và Y đều không thỏa mãn một điều kiện ràng buộc nào đó, X chiếm

ưu thế so với Y khi

)2()1(]

,1[

)2()1(]

,1[

X f X f A j

X f X f A i

j j

i i

- Xác định khoảng cách phân bố

Khoảng cách phân bố (distance crowding) cho phép phép xác định mật độ các cá thể trong một quần thể Thuật toán xác định khoảng cách phân bố được tính như sau: Đối với mỗi đường cong ưu thế Fra (a=1… số lượng đường cong ưu thế)

L = số lượng cá thể trên đường cong Fra

Với mọi cá thể Xi nằm trên đường cong ưu thế Fra, ta đặt D(Xi)=0

Đối với từng hàm mục tiêu j (j=1…A)

Sắp xếp L cá thể trên đường cong ưu thế Fra theo giá trị của hàm mục tiêu fj theo thứ tự tăng dần

- Lựa chọn quần thể thích nghi mới P

Trong thuật toán tiến hóa, việc chọn lựa các cá thể để tiếp tục lai ghép đóng vai trò quan trọng Trong giải thuật NSGA II, phép chọn lựa được thực hiện theo nguyên tắc như sau:

 Những cá thể nằm trên đường cong ưu thế có số thứ tự nhỏ thì tốt hơn các

cá thể nằm trên đường cong ưu thế có số thứ tự lớn hơn

 Nếu hai cá thể cùng nằm trên một đường cong ưu thế, thì cá thể nào có khoảng cách phân bố nhỏ thì tốt hơn

Phương pháp chọn lựa này cho phép giữ lại những cá thể tốt nhất qua nhiều thế

hệ tiến hóa, đồng thời giúp phân phối đều các cá thể trên đường cong Pareto

2.4 Kết luận chương 2

Chương này đã trình bày hai khái niệm cơ bản để xây dựng chương trình tối ưu

đó là khái niệm tối ưu Pareto và thuật toán di truyền NSGA-II Với việc sử dụng đường cong Pareto thì kết quả tối ưu thu được sẽ là một tập hợp các kết quả của vấn đề

đã đưa ra Chương tiếp theo trình bày về công cụ chính để thực hiện chương trình tối

ưu đó là MATLAB và MATPOWER

CHƯƠNG 3

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐA MỤC TIÊU

BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Chương trình tính toán đa mục tiêu được viết trên nền ngôn ngữ MATLAB và sử dụng kết hợp với module MATPOWER Kết quả tính toán của chương trình tối ưu có

so sánh với kết quả từ chương trình PSS/ADEPT Chương này sẽ giới thiệu về các bước thực hiện bài toán trên PSS/ADEPT và cấu trúc các dòng lệnh sẽ sử dụng trong chương trình tối ưu Sau đó, tác giả sẽ trình bày các chức năng chính của chương trình tối ưu

3.1 Tổng quan về chương trình

Chương trình được xây dựng nhằm mục đích vẽ được đường cong Pareto trên cơ

sở lý thuyết thuật toán tối ưu NSGA II để xác định một tập các điểm bù công suất phản kháng mang lại những hiệu quả khác nhau như cực tiểu tổn thất điện năng, cực tiểu chi phí lắp đặt, cực tiểu thiết bị sử dụng, tối đa hóa lợi nhuận về kinh tế Chương trình được viết trên phần mềm MATLAB dựa vào hàm tối ưu đa mục tiêu và chương trình tính toán phân bố công suất MATPOWER

Để đảm bảo tính đúng đắn, người thực hiện luận văn đã tham khảo chương trình tính toán tương tự được thực hiện trên lưới điện mẫu 16 nút IEEE do hai sinh viên Văn Ngọc Thắng và Phạm Quí Nin là sinh viên lớp 13DCLC thuộc khoa Điện trường đại học Bách khoa Đà Nẵng thực hiện tháng 12/2017 Tuy nhiên, chương trình đã khắc phục thêm một số nhược điểm của chương trình trước đây để phù hợp với thực tế vận hành tại Công ty điện lực Lâm Đồng đó là:

- Giao tiếp với người dùng bằng giao diện đơn giản với các nút điều khiển và màn hình hiển thị

- Chương trình áp dụng linh động với nhiều lưới điện khác nhau Chương trình trước đây nếu muốn áp dụng cho các lưới điện khác phải thay đổi nhiều đoạn lệnh gây khó khăn cho người sử dụng

- Người dùng không cần hiểu lập trình MATLAB và việc nhập liệu đơn giản hơn thông qua mẫu file excel quy định trước

- Chương trình sẽ bù theo gam tụ bù là 150 kVar, đây là thiết bị vật tư có sẵn và

- Kết quả thể hiện được tự động chuyển đổi sang file excel để người sử dụng thuận lợi trong việc đọc và phân tích kết quả

3.2 Giới thiệu về chương trình PSS/ADEPT

Phần mềm tính toán lưới điện PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) của hãng Shaw Power Technologies là phần mềm tiện ích mô phỏng hệ thống điện và là công cụ phân tích lưới điện phân phối rất mạnh, phạm vi áp dụng từ lưới điện cao thế cho đến hạ thế với quy mô số lượng nút không hạn chế và hoàn toàn cho phép chúng ta thiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực quan theo giao diện đồ hoạ thân thiện dễ nhìn Phần mềm PSS/ADEPT được áp dụng rộng rãi trong các công ty điện lực Nó được phát triển dành cho các kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành điện PSS/ADEPT được sử dụng như một công cụ thiết kế và phân tích lưới điện phân phối

3.2.1. Các chức năng và ứng dụng của PSS/ADEPT

PSS/ADEPT cung cấp đầy đủ các công cụ cho chúng ta trong việc thiết kế và phân tích 1 lưới điện cụ thể Với PSS/ADEPT chúng ta có thể:

- Vẽ sơ đồ và cập nhật lưới diện trong giao diện chương trình

- Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và không hạn chế số nút

- Hiện thị kết quả tính toán ngay trên sơ đồ lưới điện

- Xuất kết quả dưới dạng “report” sau khi phân tích và tính toán

- Nhập thông số và cập nhật dễ dàng qua “data sheet” của mỗi thiết bị trên sơ đồ

Ưu điểm của PSS/ADEPT:

- Vẽ sơ đồ và cập nhật lưới diện trong giao diện chương trình

- Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và không hạn chế số nút

- Xuất kết quả dưới dạng report sau khi phân tích và tính toán

- Hiện thị kết quả tính toán ngay trên sơ đồ lưới điện

- Nhập thông số và cập nhật dễ dàng qua “data sheet” của mỗi thtiết bị trên sơ đồ

3.2.2. Các bước thực hiện trên PSS/ADEPT để tính toán vị trí bù tối ưu trên lưới điện

Bước 1: Xác định các số liệu đầu vào phục vụ cho việc tính toán lưới điện

Xác định công suất tiêu thụ của từng phụ tải là bài toán đầu tiên cần giải quyết cho mọi bài toán tính toán trong lưới điện Đây cũng là vấn đề được các Điện lực quan tâm nhằm lựa chọn phương pháp thu thập dữ liệu khả dụng với hiện trạng

Phần mềm PSS/ADEPT sẽ tính toán lưới điện một cách chính xác nếu chúng ta thu thập được số liệu đầu vào cho phần mềm một cách chính xác Các số liệu đầu vào của phần mềm PSS/ADEPT có thể chia làm hai loại là:

- Thông số kỹ thuật về lưới: số liệu này bao gồm các thông số về cấu trúc đường dây, MBA, tụ bù, thiết bị đóng cắt số liệu về các thông số này thu thập từ hồ sơ quản lý kỹ thuật của Điện lực

- Thông số về phụ tải: Do sự đa dạng và không ổn định của phụ tải nên việc thu thập các thông số về phụ tải rất khó khăn Thông thường, các phương pháp thu thập đơn giản thì không đảm bảo độ chính xác cao, còn muốn có độ chính xác cao thì việc thu thập sẽ rất khó khăn và tốn rất nhiều thời gian

Thiết lập các thông số kinh tế lưới điện cho CAPO (định nghĩa các chi phí sử dụng trong tính toán tối ưu hóa vị trí đặt tụ bù và cũng được dùng cho tính toán điểm dừng tối ưu)

Để thiết lập các thông số kinh tế này, chọn Network/Economics từ trình đơn chính Bảng các thông số kinh tế sẽ hiện ra trên màn hình

Nhập dữ liệu kinh tế vào mô hình:

Price of electrical energy (per/kWh): Giá điện năng tiêu thụ mỗi kWh, cP CAPO không bắt buộc đơn vị tiền tệ phải sử dụng, chúng ta có thể sử dụng bất cứ đơn vị tiền

tệ nào miễn sao đảm bảo tính nhất quán giữa các biến số

Price of electrical reactive energy (per/kVAr-h): Giá điện năng phản kháng tiêu thụ, cQ, cũng có đơn vị tuỳ chọn giống với giá điện năng tiêu thụ Giá trị này (cũng như các giá trị khác) sẽ được đặt là 0 nếu không có giá trị trên thực tế

Hình 3.1 Thiết lập các thông số kinh tế cho PSS/ADEPT

Price of electrical demand (per/kW): Giá công suất thực lắp đặt, dP, là giá của công suất phát phải trả để thay thế tổn hao hệ thống Hiện tại CAPO không sử dụng giá trị này

Price of electrical reactive demand (per/kVAr): Giá công suất phản kháng lắp đặt, dQ, giống với giá công suất thực lắp đặt Hiện tại CAPO cũng không sử dụng giá trị này

Discount rate (pu/yr): Tỷ số trượt giá, r, được sử dụng để quy đổi số tiền tiết kiệm được và chi phí từ tương lai về thời điểm hiện tại Nếu nguồn tài chính của việc mua và lắp đặt tụ bù được vay từ ngân hàng thì tỷ số trượt giá sẽ bằng hoặc gần bằng lãi suất cho vay của ngân hàng Khi đã sử dụng tỷ số trượt giá CAPO không tính đến thuế và những yếu tố khác Sau khi các thông số kinh tế đã được giải thích, ta sẽ biết các phương trình được CAPO sử dụng để tính toán

Inflation rate (pu/yr): Tỷ số lạm phát, i, là sự tăng giá điện năng và tiền bảo trì tụ

bù hàng năm Lưu ý là tỷ số này tính bằng đơn vị tương đối (pu) chứ không phải phần trăm (%) Thông thường giá trị này trong khoảng 0,02 đến 0,08 cho 1 năm

Evalution period (yr): Thời gian tính toán, N, là khoảng thời gian mà tiền tiết kiệm được từ việc lắp tụ bù bằng với tiền lắp đặt và bảo trì tụ bù (nghĩa là thời gian hoàn vốn)

Installation cost for fixed capacitor banks (per /kvar): Giá lắp đặt tụ bù cố định,

cF, có đơn vị là /kVAr của kích cỡ tụ bù; giá trị này cần được tính để phù hợp với thực

tế của người sử dụng Có thể nó sẽ bao gồm cả tiền vỏ bọc tụ bù, tiền vận chuyển, tiền công lao động, v.v…

Installation cost for switched capacitor banks (per/kVAr): Giá lắp đặt tụ bù ứng động, cQ, giống với tụ bù cố định, tuy nhiên có thể tụ bù ứng động sẽ có giá cao hơn,

vì vậy nó được để thành giá trị riêng

Maintenance rate for fixed capacitor bank (per/ kvar-yr): Tỷ giá bảo trì tụ bù cố định, mF, là tiền để duy trì hoạt động của tụ bù hàng năm Tỷ giá này tính bằng /kvar-

yr Tiền bảo trì tăng theo tỷ số lạm phát

Maintenance rate for switched capacitor bank (per /kvar-yr): Tỷ giá bảo trì tụ bù ứng động, mS, giống với tụ bù cố định Vì tiền bảo trì này cao hơn nên nó được để riêng

Chi phí điện năng (cP): giá tiền phải trả cho 1kWh điện năng tiêu thụ

Chi phí điện năng phản kháng (cQ): giá tiền phải trả cho 1kVAr điện năng phản kháng tiêu thụ Theo thông tư số 07/2006/TT-BCN ngày 27/10/2006 của bộ Công thương thì tiền mua công suất phản kháng được xác định theo công thức:

Trong đó: k% là hệ số bù đắp chi phí do bên mua điện sử dụng quá lượng CSPK quy định

- Tỷ số trượt giá (pu/year): tương đương với lạm phát hiện nay của nước ta là 8%

6 Thời gian tính toán (years): chính là thời gian hoàn vốn, thường lấy 86 10 năm

- Suất đầu tư lắp đặt tụ bù trung áp cố định: số tiền phải trả cho 1 kVar để lắp đặt

Bước 2: Cài đặt các tùy chọn cho bài toán tính toán tối ưu vị trí bù tại thẻ CAPO

Để thiết lập các tùy chọn này, Chọn Analysis>Options>chọn thẻ CAPO từ trình đơn chính Bảng các tuỳ chọn sẽ hiện ra như hình dưới đây:

Hình 3.2 Cài đặt các tùy chọn cho bài toán tính toán tối ưu vị trí bù tại thẻ CAPO

Tại ô “Number of banks available” của khung “Fixed Capacitor” là số lượng bộ

tụ cố định của lưới điện

Tại ô “3 phase bank size (kVAr)” là dung lượng 1 bộ tụ đặt tại 1 vị trí

Do hiện tại lưới điện không sử dụng tụ bù có điều chỉnh nên tại ô “Number of banks available” trong khung “Switched Capacitor Placement “nhập số 0

Chọn tuỳ chọn mà chúng ta muốn cho phép phân tích CAPO:

Loại đấu nối: chọn tụ có loại đấu nối phù hợp: sao hoặc tam giác Loại đấu nối có thể chọn cho cả 2 loại tụ cố định và ứng động trên tất cả các nút trong lưới điện

Chọn loại đồ thị phụ tải: có thể chọn bất cứ loại đồ thị phụ tải nào trong quá trình tính toán: đánh dấu vào ô tương ứng trước tên loại đồ thị Những đồ thị phụ tải này có sẵn cho một khoảng thời gian xác định và được sử dụng trong quá trình tính toán để xác định tính khả thi của việc đặt một tụ bù lên lưới điện

Vì phép phân tích CAPO dựa trên thời gian là từng năm nên khoảng thời gian dùng để tính toán là phân số của năm trên đồ thị phụ tải Thường thì tổng thời gian tính toán của tất cả đồ thị phụ tải mà chúng ta sử dụng trong CAPO là 1.0; tuy nhiên điều này không phải là bắt buộc Ví dụ nếu thiết bị của chúng ta chỉ hoạt động 10 tháng trong 1 năm thì CAPO vẫn có thể chạy được

Số dải tụ cho phép: đây là số tụ cố định và ứng động mà chúng ta có thể có để đặt lên lưới

Các nút hợp lệ: chọn các nút hợp lệ tại đó có thể đặt tụ cố định và ứng động bằng cách đánh dấu vào ô trước tên của nút Ban đầu tất cả các nút trong lưới điện đều phù hợp để đặt các dải tụ cố định và ứng động (tất cả các ô đều được đánh dấu sẵn)

Đánh dấu chọn hoặc bỏ chọn các nút liên tiếp nhau: nhấn chuột vào nút đầu tiên, nhấn và giữ phím Shift, nhấn chuột vào nút cuối cùng trong dãy các nút mà ta muốn chọn

Đánh dấu chọn hoặc bỏ chọn các nút không liên tiếp nhau: nhấn và giữ nút Ctrl, nhấn chuột vào ô bên cạnh các nút muốn chọn

Bước 3: Chạy bài toán tính toán tối ưu vị trí bù và xuất ra kết quả tính toán Các tính toán kinh tế trong CAPO được giải thích ở đây ứng với 1 tụ bù cố định

ở một đồ thị phụ tải đơn

Giả sử CAPO đang tính toán lắp đặt tụ bù thứ n, độ lớn sF Tất cả các nút hợp lệ trong lưới điện được xem xét để tìm vị trí đặt tụ bù sao cho số tiền tiết kiệm được là lớn nhất; giả sử công suất thực tiết kiệm được là xP (kW) và công suất phản kháng tiết kiệm được là xQ (kvar) Năng lượng tiết kiệm và quá trình bảo trì diễn ra trong một khoảng thời gian, vì vậy chúng ta sử dụng một đại lượng thời gian tương đương, gọi là Ne:

1

11

n N

n

i Ne

r (3.1)

Như vậy giá trị của năng lượng tiết kiệm được là:

Cách PSS/ADEPT tìm vị trí đặt tụ bù tối ưu:

Tối ưu hoá vị trí lắp đặt tụ bù trên lưới là tính toán vị trí lắp đặt tụ bù trên lưới sao cho kinh tế nhất (nghĩa là số tiền tiết kiệm từ việc đặt tụ bù lớn hơn so với số tiền phải bỏ ra để lắp đặt tụ bù)

Đầu tiên, tính phân bố công suất cho mỗi đồ thị phụ tải để biết nấc điều chỉnh của máy biến áp và nấc chỉnh của tụ bù ứng động đang có trên lưới Các nấc chỉnh này được lưu lại cho từng trường hợp Các máy biến áp và tụ bù này sẽ không được điều chỉnh nữa khi CAPO chạy

Trước hết CAPO xem xét các tụ bù cố định, theo định nghĩa thì các tụ bù này luôn được đóng vào lưới trong tất cả các trường hợp phụ tải Tất cả các nút hợp lệ trên lưới sẽ được kiểm tra xem tại nút nào thì số tiền tiết kiệm được là lớn nhất Vì có rất nhiều trường hợp phụ tải nên số tiền tiết kiệm này sẽ được xem như là tổng trọng số của từng trường hợp phụ tải, trong khi đó hệ số trọng lượng là thời gian tính toán của mỗi trường hợp phụ tải

Tụ bù sẽ không được đặt tại nút đang xem xét trong những trường hợp sau:

- Tiền tiết kiệm được không bù đắp được chi phí bỏ ra Khi có nhiều trường hợp phụ tải thì tiền tiết kiệm được tính tương tự như ví dụ đơn giản ở trên, hệ số trọng lượng lúc này là tổng trọng số của tất cả các trường hợp

- Không còn tụ bù cố định thích hợp để đóng lên lưới (thực tế có thể kiểm tra điều này cho tất cả các nút trước khi tính toán, vì vậy chỉ nêu lên ở đây cho đầy đủ)

- Vượt quá giới hạn trên của điện áp cho phép trong một trường hợp tải nào đó (giới hạn điện áp này được thiết lập trong thẻ General của bảng Analysis Options Property)

- Các tụ bù cố định được đặt lên lưới cho đến khi một trong các trường hợp trên xảy ra, khi đó việc đặt tụ bù cố định kết thúc và chương trình chuyển qua đặt tụ bù ứng động Quá trình này thực sự diễn ra phức tạp hơn, do đó trước khi bắt đầu xem xét thì một số chú thích được nêu ra ở đây Nếu chỉ có một trường hợp phụ tải được xem xét thì có thể sẽ không phải đặt tụ bù ứng động sau khi đặt xong tụ bù

cố định

Điều này là không đúng trong ít nhất 4 trường hợp sau:

- Chỉ còn một vài tụ bù cố định và vẫn có thể tiết kiệm được khi cắt hết các tụ bù

cố định này ra

- Những nút phù hợp cho việc đặt tụ bù ứng động lại khác với các nút phù hợp với tụ bù cố định

- Thiết lập giá tiền của tụ bù ứng động rẻ hơn tụ bù cố định, khi đó sau khi tụ bù

cố định được đặt lên lưới thì vẫn có thể tiết kiệm chi phí nếu đặt tụ bù ứng động

- Thiết lập độ lớn của tụ bù ứng động nhỏ hơn tụ bù cố định

Những nút phù hợp (cho tụ bù ứng động) trên lưới được xem xét để tìm nút cho

ra số tiền tiết kiệm lớn nhất trong tất cả các trường hợp

Trong quá trình tính toán này, nếu đặt tụ bù ứng động gây ra quá điện áp trong một trường hợp tải nào đó thì tụ bù này sẽ được cắt ra trong suốt quá trình tính toán Mặt khác, nếu tụ bù gây ra chi phí quá cao cho một trường hợp tải nào đó thì nó cũng được cắt ra khỏi lưới trong trường hợp tải đó Chỉ thực hiện việc tính tiền tiết kiệm được trong các trường hợp tải mà tụ bù được đóng lên lưới

Việc tính toán được thực hiện đến khi:

- Tiền tiết kiệm không bù đắp được chi phí cho tụ bù ứng động

- Không còn tụ bù ứng động để đóng lên lưới

Tất cả các phương trình có trong quá trình tính toán CAPO sẽ được liệt kê bên dưới Chi phí của tụ bù, bao gồm tiền lắp đặt và bảo trì, được liệt kê cho loại tụ bù cố định trước Công thức là tương tự cho tụ bù ứng động

CostF = sF x (cF + Ne x mF)

Tóm lại, CAPO đặt tụ bù cố định lên lưới cho đến khi xảy ra điều kiện dừng Sau

đó tụ bù ứng động được đặt lên lưới cho đến khi xảy ra điều kiện dừng tương ứng của

tụ bù ứng động Tổng chi phí của quá trình tối ưu là chi phí lắp đặt và bảo trì của tất cả các tụ đã được đóng lên lưới, chi phí tiết kiệm tổng là tổng của các chi phí tiết kiệm thu lại được của từng tụ bù

CAPO có thể đặt nhiều tụ bù cố định và/hoặc nhiều tụ bù ứng động tại mỗi nút PSS/ADEPT sẽ gộp các tụ bù này thành một tụ bù cố định và/hoặc một tụ bù ứng động Tụ bù ứng động đơn sẽ có nấc điều chỉnh tương ứng và lịch đóng cắt tụ sẽ biểu diễn các bước đóng cắt của từng tụ bù đơn

Trong giao diện chương trình PSS/ADEPT, để chạy bài toán phân tích vị trí đặt

tụ bù tối ưu ta có thể thực hiện một trong hai cách sau:

- Chọn Analysis/CAPO từ trình đơn chính

- Nhấp chuột vào nút CAPO trên thanh công cụ Analysis

Trong quá trình tối ưu hoá, các thông báo được viết ra trong cửa sổ “Progress View” cho ta biết độ lớn và loại dải tụ được đặt cũng như nút tương ứng và tổn thất hệ thống Khi quá trình tối ưu hóa thực hiện xong, sơ đồ mạng điện với các tụ bù cần đặt lên lưới được vẽ lại với độ lớn của dải tụ và ký hiệu “FX” cho tụ bù cố định và “SW” cho tụ bù ứng động cần đặt lên lưới Hình biểu diễn một sơ đồ lưới điện mẫu và cửa sổ

“Progress View” sau khi thực hiện xong tối ưu hoá

Để có bảng báo cáo các kết quả dạng bảng chứa các tham số đầu và kết quả phân tích, chọn Report/Capacitor Placement Optimization từ trình đơn chính

3.2.3. Nhận xét về bài toán CAPO của phần mềm PSS/ADEPT

Qua các bước phân tích việc tính toán bài toán CAPO trên PSS/DEPT tác giả nhận thấy có một điểm hạn chế đó là: Phần mềm chỉ tìm ra một điểm tối ưu, chưa thể xác định các mối quan hệ giữa điểm tối ưu này với các thông số khác, như bài toán bù kinh tế mới chỉ xét đến một mục tiêu là lợi nhuận kinh tế

Trong thực tế hiện nay, việc cân bằng giữa các nguồn vốn để phục vụ cho công tác giảm tổn thất là vấn đề thực sự khó khăn cho các Công ty Điện lực, trong đó có Công ty Điện lực Lâm Đồng Với một nguồn vốn có hạn và phải dàn trải cho nhiều công tác khác trong khi kết quả tính toán của PSS/ADEPT không cho đơn vị có thêm lựa chọn nào để cân đối chi phí

Từ hạn chế đó, tác giả luận văn đề xuất xây dựng một chương trình thay thế cho module CAPO của phần mềm nhằm mục đích thực hiện tối ưu hóa việc lắp đặt tụ bù

và giải quyết các vấn đề trong thực tế của lưới điện phân phối Chương trình sẽ chuyển bài toán CAPO từ đơn mục tiêu là tối đa hóa lợi nhuận thành bài toán đa mục tiêu cho chi phí lắp đặt và chi phí thu được từ giảm tổn thất Trong phạm vi của luận văn này, tác giả đi sâu nghiên cứu về việc giải quyết bài toán đa mục tiêu trên cho công tác lắp đặt tụ bù cho lưới điện phân phối, với phụ tải là cố định và không thay đổi theo thời gian

3.3 Giới thiệu về phần mềm MATLAB

MATLAB (viết tắt từ Matrix Laboratory) được phát triển từ dự án LINPACK & EISPACK nhằm tạo ra thư viện ma trận phục vụ cho tính toán Qua quá trình phát triển lâu dài, MATLAB được phát triển thành một công cụ rất mạnh, được ứng dụng khá phổ biến trong các trường đại học ở khắp thế giới, đặc biệt là các nước như Mỹ,

Bỉ, Canada, như là công cụ không thể thiếu trong các giáo trình từ cơ bản đến nâng cao trong các lĩnh vực: toán học cao cấp, khoa học và kỹ thuật Trong công nghiệp, MATLAB công cụ lựa chọn cho nghiên cứu nâng cao hiệu quả sản xuất, phân tích đánh giá và ứng dụng