Nghiên cứu sử dụng chương trình PSS ADEPT vận hành lưới điện phân phối điện lực thủ đức

Nghiên cứu sử dụng chương trình PSS ADEPT vận hành lưới điện phân phối điện lực thủ đức Nghiên cứu sử dụng chương trình PSS ADEPT vận hành lưới điện phân phối điện lực thủ đức Nghiên cứu sử dụng chương trình PSS ADEPT vận hành lưới điện phân phối điện lực thủ đức Nghiên cứu sử dụng chương trình PSS ADEPT vận hành lưới điện phân phối điện lực thủ đức

xi

TÓM TẮT

Luận văn “Nghiên cứu sử dụng chương trình PSS/ADEPT vận hành lưới phân phối Điện lực Thủ Đức” đi sâu nghiên cứu các vấn đề sau:

✓ Nghiên cứu các phương pháp vận hành tối ưu lưới phân phối;

✓ Nghiên cứu và sử dụng công cụ TOPO và CAPO của phần mềm PSS/ADEPT

để xác định cấu hình tối ưu lưới phân phối trên cơ sở giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng, đồng thời xác định dung lượng bù, vị trí bù và loại tụ bù trên lưới phân phối trên cơ sở đảm bảo điện áp tại các nút và chi phí đầu tư và vận hành tụ bù thấp hơn giá trị tổn thất điện năng tiết kiệm được;

✓ Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT xác định phương án vận hành tối ưu lưới phân phối Điện lực quận Thủ Đức có xem xét lựa chọn chế độ tải điển hình trong năm khảo sát;

✓ Đề xuất các giải pháp phi kỹ thuật để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm tổn thất công suất cho lưới điện phân phối quận Thủ Đức, Tp HCM Kết quả nghiên cứu của luận văn có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho Công ty Điện lực Thủ Đức, các nghiên cứu sinh, các học viên Cao học ngành kỹ thuật điện khi quan tâm đến việc nghiên cứu sử dụng phần mềm PSS/ADEPT trong vận hành tối ưu lưới điện phân phối

xii

ABSTRACT

The thesis "Research using the PSS/ADEPT program to operate the Thu Duc Power distribution network" research the following issues:

✓ Research optimal operation methods of distribution network ;

✓ Research and use TOPO and CAPO tools of PSS/ADEPT software to determine the optimal configuration of distribution network on the basis of reducing power loss and energy loss, and determine the capacity, the installed locations and type of compensation capacitor on the distribution network by ensuring the required values

of the bus voltage and the cost of investment and operation for compensation capacitor is lower than the saving value of power loss;

✓ Using PSS/ADEPT software to identify the optimal operation plan of Thu Duc District power distribution network considering to select typical load mode in the survey year;

✓ Proposing non-technical solutions to improve electricity supply reliability and reduce power loss for distribution network of the Thu Duc district, Ho Chi Minh City

The research results of the thesis can be used as references for the Thu Duc Power Company, graduate students, master’s students of electrical engineering branch when interested in using PSS/ADEPT software to optimize the operation of distribution network

xiii

Mục lục

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i

LÝ LỊCH KHOA HỌC vii

LỜI CAM ĐOAN ix

LỜI CẢM ƠN x

TÓM TẮT xi

ABSTRACT xii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU xvii

DANH SÁCH CÁC BẢNG xviii

DANH SÁCH CÁC HÌNH xx

Chương 1 1

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cần thiết của đề tài 1

2 Nhiệm vụ của đề tài 2

3 Giới hạn của đề tài 2

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Điểm mới của đề tài 3

6 Giá trị thực tiễn 3

7 Nội dung đề tài 3

Chương 2 4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẬN HÀNH 4

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 4

2.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối 4

2.2 Tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối 5

2.2.1 Định nghĩa 5

2.2.2 Phân loại 5

2.2.3 Nguyên nhân của tổn thất điện năng 6

2.2.4 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng 7

2.3 Các phương pháp giảm tổn thất công suất bằng cách tái cấu hình lưới 10

xiv

2.3.2 Các giải thuật trí tuệ nhân tạo 13

2.2.3 Giải pháp sử dụng phần mềm PSS/ADEPT 17

2.2.4 Kết luận 20

1 Kỹ thuật đổi nhánh thuần Heuristic 20

2 Kỹ thuật vòng cắt Heuristic kết hợp với kỹ thuật tối ưu 21

3 Các kỹ thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo 21

2.4 Phương pháp giảm tổn thất công suất đề xuất theo PSS/ADEPT 22

2.4.1 Xác định dung lượng bù cho từng phát tuyến 22

2.4.2 Nhận xét 24

2.5 Tổng quan về tổn thất điện năng phi kỹ thuật 25

2.5.1 Khái niệm chung 25

2.5.2 Các nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng phi kỹ thuật 25

2.5.3 Giải pháp đề xuất giảm tổn thất điện năng phi kỹ thuật 26

2.5.4 Nhận xét 26

Chương 3 28

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT 5.0 28

3.1 Tổng quan về phần mềm PSS/ADEPT 5.0 28

3.2 Các chức năng của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 28

3.3 Các chương trình ứng dụng 30

3.3.1 Cửa sổ Diagram View 30

3.3.2 Cửa sổ Equipment List View (chúng ta có thể hiển thị hoặc ẩn) 31

3.3.3 Cửa sổ Progress View 32

3.3.4 Cửa sổ Report Preview 32

3.3.5 Thiết lập các thông số của lưới điện phân phối 33

3.4 Chức năng của công cụ TOPO 38

3.4.1 Xác định điểm dừng tối ưu bằng chức năng TOPO Analysis 40

3.4.2 Qui trình thực hiện 41

3.4.3 Qui trình tái cấu trúc giảm tổn thất công suất tác dụng của lưới điện phân phối sử dụng công cụ TOPO 42

3.5 Chức năng của công cụ CAPO 44

3.5.1 Xác định vị trí dung lượng bù tối ưu bằng công cụ CAPO 44

xv

3.5.2 Các bước thực hiện 46

3.6 Nhận xét 49

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI QUẬN THỦ ĐỨC 50

4.1 Giới thiệu lưới điện quận Thủ Đức 50

4.1.1 Mô tả lưới điện phân phối 50

4.1.2 Mức độ mang tải, cos φ của các tuyến trung thế 52

4.1.3 Tình hình tổn thất điện năng Công ty Điện lực Thủ Đức giai đoạn từ năm 2015 – năm 2019 58

4.1.4 Sơ đồ kết nối lưới điện 60

4.2 Xác định tái cấu trúc của lưới phân phối quận Thủ Đức để giảm tổn thất công suất với sự giúp đỡ của phần mềm PSS/ADEPT 60

4.2.1 Xây dựng mô hình 60

4.2.2 Phương pháp thu thập số liệu 61

4.2.3 Phương pháp công suất tiêu thụ trung bình 62

4.2.4 Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải đặc trưng 63

4.2.5 Tiêu chí tính chọn phương thức vận hành hiệu quả cho lưới điện phân phối 64 4.2.6 Tính toán, lựa chọn phương thức vận hành cho lưới điện phân phối quận Thủ Đức - Tp HCM 71

4.2.7 Nâng cao điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu dùng TOPO 74

4.2.8 Xử lý kết quả 76

4.2.9 Kiểm tra hiệu quả giảm tốn thất điện năng của các cấu hình lưới điện 77

4.2.10 Nhận xét 77

4.3 Bù tối ưu lưới điện phân phối quận Thủ Đức để giảm tổn thất công suất với sự trợ giúp của phần mềm PSS/ADEPT 77

4.3.1 Xây dựng mô hình 77

4.3.2 Nhập số liệu 77

4.4.1 Xử lý kết quả bài toán 89

4.4.2 Nhận xét 91

Chương 5 95

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 95

5.1 Kết luận 95

xvi

5.2 Hướng nghiên cứu phát triển 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC 100

Phụ lục 1: Kết quả chi tiết trạng thái các khóa điện sau khi chạy bài toán TOPO 100

Phụ lục 2: Số liệu xử lý kết quả trước và sau khi chạy CAPO 102

Phụ lục 3: Số liệu tính toán chi phí sau khi lắp đặt cụm bù 102

xvii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

TOPO Xác định điểm dừng (điểm tách lưới) tối ưu

CAPO Xác định vị trí lắp giàn bù tối ưu

xviii

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 4 1: Phân bố tải trong khối Cơ quan, Nhà nước 51

Bảng 4 2: Phân bố tải trong khu lễ hội – vui chơi 52

Bảng 4 3: Mức độ mang tải các xuất tuyến trung áp 22kV 52

Bảng 4 4: Bảng thống kê chiều dài, chủng loại, tiết diện các tuyến đường dây phân phối 22 kV trạm trung gian Linh Trung 2 55

Bảng 4 5: Bảng thống kê số trạm biến áp phân phối thuộc Công ty Điện lực Thủ Đức đang quản lý 56

Bảng 4 6: Bảng liệt kê số lượng TBA, dung lượng trạm trên từng tuyến dây trung thế trạm trung gian Linh Trung 2 56

Bảng 4 7: Điện thương phẩm giai đoạn 2015-2019 58

Bảng 4 8: Cơ cấu điện thương phẩm giai đoạn 2015-2019 59

Bảng 4 9: Tổn thất điện năng giai đoạn 2015-2019 59

Bảng 4 10: Thống kê điện nhận đầu nguồn các xuất tuyến 22kV (thuộc trạm trung gian Linh Trung 2) trong năm 2019 67

Bảng 4 11: Phân nhóm sản lượng điện nhận đầu nguồn các tháng trong năm 2019 68 Bảng 4 12: Trạng thái đóng mở của thiết bị đóng cắt ứng với sơ đồ kết lưới vận hành hiện hữu 75

Bảng 4 13: Trạng thái đóng mở của thiết bị đóng cắt sau khi chạy chức năng phân tích TOPO 75

Bảng 4 14: Thống kê số lần và tổng thời gian cấu hình lưới điện xuất hiện khi chạy bài toán TOPO 76

Bảng 4 15: Tổng hợp lượng tổn thất công suất và tổn thất điện năng giảm được sau khi chạy bài toán TOPO 77

Bảng 4 16: Vị trí tụ bù hiện hữu trên lưới điện phân phối 22kV trạm Linh Trung 2 78

Bảng 4 17: Công suất và tổn thất công suất trên các tuyến dây ở phương thức vận hành hiện tại với thời gian cao điểm 78

Bảng 4 18: Công suất và tổn thất công suất trên các tuyến dây ở phương thức vận hành hiện tại với thời gian trung bình 79

Bảng 4 19: Công suất và tổn thất công suất trên các tuyến dây ở phương thức vận hành hiện tại với thời gian thấp điểm 79

Bảng 4 20: Tổng hợp tổn thất công suất các tuyến dây ở phương thức vận hành hiện tại ứng với tụ bù hiện hữu 80

Bảng 4 21: Tổng hợp các vị trí có điện áp thấp nhất trên các tuyến dây ở phương thức vận hành hiện tại ở cấp điện áp 22kV 81

xix

Bảng 4 22: Dung lượng và vị trí hiệu quả các bộ tụ bù khi thực hiện 83 Bảng 4 23: Công suất và tổn thất công suất trên các xuất tuyến ở phương thức vận hành với tụ bù hiệu quả và thời gian cao điểm 84 Bảng 4 24: Tổng hợp tổn thất công suất các xuất tuyến khi vận hành với vị trí tụ bù hiệu quả 85 Bảng 4 25: Vị trí các tụ bù mới 85 Bảng 4 26: Công suất và tổn thất công suất trên các xuất tuyến ứng với vị trí tụ bù mới với thời gian cao điểm 86 Bảng 4 27: Công suất và tổn thất công suất trên các xuất tuyến ứng với vị trí tụ bù mới với thời gian trung bình 86 Bảng 4 28: Công suất và tổn thất công suất trên các xuất tuyến ứng với vị trí tụ bù mới với thời gian thấp điểm 87 Bảng 4 29: Tổng hợp tổn thất công suất các xuất tuyến khi vận hành với tụ bù 87 Bảng 4 30: Vị trí có điện áp thấp nhất trên các xuất tuyến ở phương thức vận hành với vị trí tụ bù hiệu quả 88 Bảng 4 31: Kết quả so sánh tổn thất công suất trước và sau khi chạy CAPO 89 Bảng 4 32: Bảng tổng hợp chi phí lắp bù ứng động và bù cố định và xác định giá trị kinh tế khi lắp bù 90

xx

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2 1: Sơ đồ cung cấp điện đơn giản 18

Hình 2 2: Sơ đồ LĐPP 1 vòng 19

Hình 3 1: Giao diện chính của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 30

Hình 3 2: Cửa sổ Diagram Pop-up menu 31

Hình 3 3: Cửa sổ Equipment List 32

Hình 3 4: Cửa sổ Progress View 32

Hình 3 5: Cửa sổ Report Preview 33

Hình 3 6: Thiết lập thông số nguồn 33

Hình 3 7: Giao diện file thư viện lưới điện 34

Hình 3 8: Giao diện thông số lưới điện 35

Hình 3 9: Giao diện thông số MBA 35

Hình 3 10: Giao diện thông số phụ tải 36

Hình 3 11: Giao diện các nhóm phụ tải 36

Hình 3 12: Giao diện biểu đồ phụ tải 37

Hình 3 13: Giao diện nút lưới, thanh cái tại trạm trung gian 37

Hình 3 14: Giao diện thông số thiết bị bảo vệ 38

Hình 3 15: Giao diện thiết bị bù 38

Hình 3 16: Lưu đồ qui trình tái cấu hình lưới điện của công cụ TOPO 43

Hình 3 17: Lưu đồ phương pháp bù CSPK và vị trí bù tối ưu (CAPO) 49

Hình 4 1: Sơ đồ lưới điện quận Thủ Đức 60

Hình 4 2: Biểu đồ tổng điện nhận các xuất tuyến theo từng tháng trong năm 2019 68

Hình 4 3: Biểu đồ công suất P trung bình đầu nguồn theo ngày - tháng 03/2019 70

Hình 4 4: Biểu đồ công suất P trung bình đầu nguồn theo ngày - tháng 08/2019 71

Hình 4 5: Sơ đồ tuyến dây CN Bình Chiểu – Trạm TG Linh Trung 2 trên PSS/ADEPT 72

Hình 4 6: Sơ đồ tuyến dây Gò Đình – Trạm TG Linh Trung 2 trên PSS/ADEPT 73

Hình 4 7: Sơ đồ tuyến dây Hải Quan – Trạm TG Linh Trung 2 trên PSS/ADEPT 73

Hình 4 8: Sơ đồ tuyến dây Tam Bình – Trạm TG Linh Trung 2 trên PSS/ADEPT 74

Hình 4 9: Các thông số chỉ tiêu kinh tế thiết lập cho tính toán CAPO 82

Hình 4 10: Cài đặt thông số tụ bù cho mô - đun tính toán CAPO 83

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 1/110

Chương 1

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của đề tài

Thông thường, tổn thất điện năng trên hệ thống điện được phân làm hai loại: tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật Đối với Ngành điện Việt Nam mục tiêu đến năm 2020, tổn thất điện năng phải giảm xuống còn 6,5% Đây là nhiệm vụ khó khăn của ngành Điện Việt Nam do lưới điện có kết cấu phức tạp và mang tính đặc thù cao

Theo các thống kê tổn thất điện năng ở lưới phân phối, chiếm khoảng (60÷70%) tổng tổn thất điện năng trong hệ thống lưới điện

Để giảm tổn thất của lưới phân phối, cần phối hợp các biện pháp như: lựa chọn sơ đồ kết lưới hợp lý; xác định vị trí tụ bù trung áp phù hợp với sự thay đổi của phụ tải; tăng cường công tác quản lý vận hành hệ thống với các giải pháp cụ thể; lựa chọn biện pháp điều chỉnh điện áp phù hợp tại các trạm nguồn, trạm phân phối,v.v…

Vận hành lưới điện ổn định, cấp điện liên tục, đảm bảo chất lượng điện năng, tổn thất điện áp, tổn thất công suất, dao động điện áp, dao động tần số, sóng hài,…

và đạt các chỉ tiêu kinh tế là các vấn đề được Tổng công ty Điện lực Tp HCM và Công ty Điện lực Thủ Đức quan tâm

Mục tiêu cụ thể là đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng, đáp ứng đầy đủ các nhu cầu về phát triển kinh tế xã hội, phục vụ đời sống sinh hoạt của nhân dân thành phố, nhưng đồng thời phải giảm tổn thất công suất trên lưới điện phân phối ở mức thấp nhất mới mang lại hiệu quả và ý nghĩa một cách đầy đủ Hiện nay, địa bàn quận Thủ Đức là nơi tập trung nhiều khu chế xuất, khu công nghiệp, tình hình kinh tế - xã hội khá phát triển, do đó nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng Trong thời gian qua, lưới điện phân phối của Công ty Điện lực Thủ Đức

đã phát triển không ngừng theo thời gian và ngày càng được hoàn thiện để đáp ứng

là cần thiết và hợp lý nhằm hoàn thiện hơn nữa phương thức vận hành lưới điện phân phối, đảm bảo vận hành tin cậy, linh hoạt, nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng, đồng thời nâng cao hiệu quả kinh doanh của đơn vị trong thời gian tới

2 Nhiệm vụ của đề tài

✓ Khảo sát các công trình nghiên cứu về giảm tổn thất công suất trong lưới điện phân phối trước đây;

✓ Nghiên cứu, phân tích và đề xuất phương thức vận hành tối ưu nhằm giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng trên lưới điện phân phối đến giá trị yêu cầu và đảm bảo giá trị điện áp tại các nút nằm trong giới hạn cho phép trên cơ sở sử dụng công

cụ TOPO và CAPO của phần mềm PSS/ADEPT, có xét đến các chế độ tải điển hình trong năm khảo sát;

✓ Đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng kỹ thuật và phi kỹ thuật trong lưới điện phân phối Điện lực quận Thủ Đức;

✓ Đánh giá và đề xuất các giải pháp nâng cao đô tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối quận Thủ Đức

3 Giới hạn của đề tài

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 3/110

Nghiên cứu giải pháp vận hành lưới điện phân phối của Công ty Điện lực Thủ Đức - thành phố Hồ Chí Minh và đề xuất giải pháp giảm tổn thất điện năng phù hợp với hiện trạng lưới điện và đạt yêu cầu được giao của Tổng công ty Điện lực thành phố Hồ Chí Minh

4 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

✓ Phương pháp thu thập và nghiên cứu tài liệu;

✓ Phương pháp mô hình hóa - mô phỏng;

✓ Phương pháp phân tích và tổng hợp

5 Điểm mới của đề tài

Nghiên cứu và đề xuất giải pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới phân phối quận Thủ Đức với sự trợ giúp của phần mềm PSS/ADEPT có xét đến các chế độ tải điển hình trong năm khảo sát, đồng thời xem xét chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật khi xét đến bài toán bù trong lưới điện phân phối

✓ Chương 2: Cơ sở lý thuyết về vận hành lưới phân phối

✓ Chương 3: Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT 5.0

✓ Chương 4: Nghiên cứu và đề xuất phương thức vận hành lưới điện phân phối quận Thủ Đức

✓ Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển

Tài liệu tham khảo

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 4/110

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VẬN HÀNH

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối có đặc điểm về thiết kế và vận hành khác với lưới điện truyền tải Mạng phân phối phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng, có tổn thất khá lớn và có cấu trúc hình tia hoặc dạng mạch vòng nhưng vận hành trong trạng thái hở

Hệ thống điện phân phối là hệ thống điện bao gồm lưới điện phân phối và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối Đường dây phân phối là đường dây

cấp trung áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống (6kV, 10kV, 15kV, 22kV) Đường dây phân phối gồm phát tuyến chính được cung cấp từ phía hạ áp của trạm biến áp phân phối 110/22kV hay 110/15kV (gọi là lộ ra) và các đường dây nhánh lấy điện

từ phát tuyến chính Các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV có chức năng phân phối điện

Phụ tải được cung cấp qua máy biến áp phân phối hạ áp để cung cấp cho mạng phân phối thứ cấp có điện áp từ 110 – 660V để cung cấp cho khách hàng sử dụng điện Máy biến áp phân phối hạ áp thường có dạng trạm treo, trạm giàn, trạm nền, trạm đơn thân, trạm ngồi hay phòng biến điện Điện áp máy biến áp phân phối hạ thế là 15 kV hay 22/0,4kV

Mạng điện phân phối thứ cấp và sơ cấp phải phân phối đến tận nơi tiêu thụ nên có tổng chiều dài lớn hơn mạng truyền tải

Đường dây phân phối được bảo vệ bằng máy cắt đầu nguồn, thiết bị tự đóng lại (Recsoler), cầu chì tự rơi (FCO) hoặc dao cắt có tải (LBFCO) và được phân đoạn

2.2 Tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối

2.2.1 Định nghĩa

Tổn thất điện năng (TTĐN) trong lưới điện phân phối (LĐPP) là giá trị chênh lệch giữa lượng điện năng sản xuất từ nguồn điện và lượng điện năng tiêu thụ phụ tải trong khoảng thời gian khảo sát

Khoảng thời gian khảo sát thường là một ngày, một tháng hoặc một năm tùy thuộc mục đích hoặc công cụ xác định TTĐN

TTĐN xác định bằng cách đo lường sử dụng điện năng kế hoặc tính toán theo biểu thức (2.1):

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 6/110

- TTĐNKT phụ thuộc vào điện áp: bao gồm tổn thất không tải của máy biến áp (MBA), tổn thất vầng quang điện, tổn thất do rò điện (cách điện không tốt), tổn thất trong mạch từ của các thiết bị đo lường;

- TTĐNKT do chất lượng điện năng không đạt yêu cầu;

- TTĐNKT do thiết kế và vận hành lưới điện phân phối không hợp lý

b TTĐN phi kỹ thuật (TTĐNPKT)

TTĐNPKT xuất phát từ vấn đề quản lý lưới điện phân phối và quản lý kinh doanh như: TTĐN do không được đo, điện năng không được vào hóa đơn, không được trả tiền hoặc chậm trả tiền

2.2.3 Nguyên nhân của tổn thất điện năng

1 Tổn thất điện năng phụ thuộc dòng điện

TTĐN phụ thuộc dòng điện do phát nhiệt trên điện trở của dây/cáp, của MBA lực, thanh góp, trong lưới điện phân phối

2 Tổn thất điện năng phụ thuộc điện áp

Tổn thất điện năng phụ thuộc điện áp bao gồm: Tổn thất do vầng quang điện, Tổn thất trong lõi thép máy biến áp,

3 Tổn thất điện năng do chất lượng điện năng

Tổn thất điện năng do chất lượng điện năng bao gồm: Tổn thất do tải không đối xứng, tổn thất do méo dạng sóng điện áp và sóng dòng điện gây ra bởi sóng hài,

4 Tổn thất điện năng do thiết kế vận hành hệ thống điện

Tổn thất điện năng do thiết kế vận hành hệ thống điện như: Dự báo thiếu chính xác nhu cầu phụ tải dẫn đến thiết kế lưới điện không hợp lý (tiết diện dây dẫn,

số lượng và công suất MBA), phân bố nguồn không hợp lý dẫn đến tăng khoảng cách truyền tải, lựa chọn cấp điện áp vận hành không hợp lý, thiếu các biện pháp quản lý hộ tiêu thụ điện (DSM-Demand System Management); lựa chọn cấu hình lưới không phù hợp; phân bố công suất tác dụng và công suất phản kháng không hợp lý trên lưới điện phân phối, không sử dụng các giải pháp điều chỉnh điện áp hiệu quả ,

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 7/110

2.2.4 Các biện pháp giảm tổn thất điện năng

TTĐN là vấn đề kinh tế Việc quyết định thực hiện một giải pháp giảm TTĐN dựa trên việc cân nhắc giữa lợi ích thu được nhờ giảm TTĐN và chi phí cho giải pháp đó

1 Tối ưu hóa tái cấu trúc lưới điện

Phụ tải liên tục thay đổi là động lực chính của các bài toán kinh tế - kỹ thuật trong vận hành HTĐ Khi phụ tải thay đổi, trào lưu công suất trên lưới điện cũng sẽ thay đổi Do đó, ngoài những điều kiện về kỹ thuật phải đảm bảo như cân bằng công suất, đảm bảo khả năng tải và ổn định điện áp, một yêu cầu đặt ra là phải lựa chọn một phương thức vận hành lưới điện (tương ứng một dạng sơ đồ lưới điện) sao cho cực tiểu hóa tổn thất công suất trên hệ thống Mô hình toán của bài toán tái cấu trúc tối ưu lưới phân phối điện có dạng [13] trong đó biến là các dòng điện nhánh

f = ∑ 𝑘𝑙𝑅𝑙𝐼𝑙2 => 𝑀𝑖𝑛 (2.2)

𝑁𝐿

𝐿=1

Các ràng buộc:

kl|Il| ≤ Ilmax,(I ∈ NL) Giới hạn khả năng tải của nhánh

Uimin ≤ Ui ≤ Uimax(I ∈ N) Mô tả yêu cầu giới hạn điện áp nút

gi(l, k) = 0 Mô tả cân bằng dòng điện theo ĐL Kirchhoff 1

gi(V, k) = 0 Mô tả cân bằng điện áp theo ĐL Kirchhoff 2

φ(k) = 0 Mô tả yêu cầu hình dạng lưới điện phải là hình tia

Ở đây:

Il là dòng điện trên nhánh l; Rl− Là điện trở nhánh l; Ui− Là điện áp nút l; Kl là biến trạng thái của nhánh l; 𝑘𝑙1𝑛ℎá𝑛ℎ 𝑐ó 𝑛ố𝑖, 𝑘0𝑛ℎá𝑛ℎ ℎở, N là số nút; NL là số nhánh;

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 8/110

Nhu cầu CSPK trong HTĐ rất lớn mặc dù nó không sinh công Đó là do tác dụng của việc tải tiêu thụ điện năng xoay chiều Các phụ tải chính trong HTĐ gồm động cơ điện (70-75%), MBA (20-25%) và các đường dây (khoảng 5%) Trong đó nhu cầu CSPK chủ yếu (động cơ điện và các MBA của phụ tải) nẳm ở phụ tải của HTĐ như các phụ tải công nghiệp, phụ tải nông nghiệp, phụ tải thương mại dịch vụ Nhu cầu CSPK liên tục thay đổi theo thời gian Để đáp ứng nhu cầu này, có thể cấp CSPK từ phía phụ tải hoặc từ phía HTĐ

+ Bù CSPK do phía phụ tải thực hiện là bù cưỡng bức theo yêu cầu của bên cung cấp điện thông qua quản lý hệ số công suất cosφ phụ tải Phụ tải được yêu cầu tăng hệ số cosφ đến một mức nhất định bằng cách đặt bù CSPK Qb phía phụ tải

cosφt = Pt

√𝑃𝑡2+(𝑄𝑡−𝑄𝑏) 2 (2.3) Thì lượng CSPK từ HTĐ cấp điện phụ tải sẽ giảm Điều này không những giảm áp lực cấp CSPK từ HTĐ, tăng khả năng tải CSTD cho HTĐ, mà còn làm giảm tổn thất công suất trên lưới điện

do vận hành kinh tế hệ thống điện), từ đường dây từ việc đặt bù CSPK Có hai loại

bù CSPK trên HTĐ

1 Bù kỹ thuật nhằm đảm bảo cân bằng công suất phản kháng trong HTĐ: Bù

kỹ thuật thường đặt tập trung trên lưới truyền tải, tại các nút thiếu CSPK (điện áp thấp) hoặc nơi dễ điều chỉnh điện áp

2 Bù kinh tế là sự bổ sung cho bù kỹ thuật, thường áp dụng ở lưới phân phối khi lợi ích mang lại lớm hơn chi phí cho thiết bị bù Đối với lưới phân phối, lợi ích chính là giảm TTĐN trên lưới điện

- Bài toán bù kinh tế để giảm TTĐN trong lưới phân phối điện nhằm xác định vị trí, dung lượng và chế độ làm việc của tụ bù CSPK sao cho hàm mục tiêu nhỏ nhất Hàm mục tiêu là tổng đại số các lợi ích và các chi phí khi đặt thiết bị bù:

do trì hoãn đầu tư nâng công suất TBATG cấp điện cho lưới phân phối; Cb là chi phí cho lắp đặt thiết bị bù CSPK; C∆Ab là chi phí TTĐN trên thiết bị bù CSPK; Qb

là vector CSPK bù theo các vị trí Qb =(Qb1, Qb2, … Qbm), m - số nút có thể đặt bù CSPK trên lưới điện

Các ràng buộc bao gồm:

- Chất lượng điện áp nút Uimin ≤ Ui ≤ Uimax(i = 1, m)

- Giới hạn công suất bù tại một vị trí Qbimin ≤ Qbi ≤ Qbimax(i = 1, m)

- Tránh phát ngược CSPK về HTĐ

3 Giảm tổn thất trên đường dây

+ Giảm tổn hao do vầng quang điện: Tăng khoảng cách giữa các pha biện pháp này chỉ áp dụng cho lưới điện truyền tải nếu áp dụng trên lưới phân phối không làm giảm tổn thất điện năng nhiều

+ Giảm điện trở đơn vị của dây dẫn: Sử dụng vật liệu làm dây dẫn có điện trở đơn vị nhỏ, tăng tiết diện dây dẫn Nhưng giải pháp này có chi phí thực hiện cao

4 Giảm tổn thất trong MBA

Giảm tổn thất không tải và có tải trong MBA: Có thể thấy rằng giữa tổn thất không tải và tổn thất có tải và chi phí cho giải pháp có mối liên hệ qua lại Các giải pháp giảm tổn thất có tải lại có xu hướng khiến cho tổn thất không tải tăng và ngược lại Tăng tiết diện lõi thép sẽ giảm tổn thất không tải, nhưng sẽ làm tăng chiều dài của các cuộn dây MBA dẫn đến tăng tổn thất đồng

5 Nâng cao chất lượng điện năng

+ Giảm mất đối xứng trong HTĐ: Sử dụng đường dây hoán vị pha, phân bố phụ tải đều trên cả ba pha, đặt các thiết bị bù ngang như thiết bị bù tĩnh SVC (Static Var Compensator), thiết bị bù đồng bộ tĩnh STATCOM (Static Synchronous

2.3 Các phương pháp giảm tổn thất công suất bằng cách tái cấu hình lưới 2.3.1 Các giải thuật Heuristic

Vấn đề tái cấu trúc hệ thống cũng tương tự như việc tính toán phân bố công suất tối ưu Tuy nhiên, tái cấu trúc yêu cầu một khối lượng tính toán lớn do có nhiều biến số tác động đến các trạng thái khóa điện và điều kiện vận hành như: LĐPP phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đường dây, thiết bị đóng cắt …và sụt áp tại

hộ tiêu thụ trong phạm vi cho phép

Do đó, khi tiếp cận bài toán tái cấu trúc, cần sử dụng các phương pháp tìm kiếm tối ưu sẽ cho kết quả tốt hơn Các phương pháp tìm kiếm tối ưu thường được

sử dụng cho bài toán tái cấu trúc như: Phương pháp Heuristic tối ưu hóa, Hệ chuyên gia…

Hiện nay có hai phương pháp phổ biến trong nghiên cứu bài toán tái cấu trúc LĐPP là thuật toán của Merlin và Back (kỹ thuật vòng cắt) đại diện cho phương pháp heuristic kết hợp với kỹ thuật tối ưu và thuật toán của Civanlar (kỹ thuật đổi nhánh) đại diện cho phương pháp thuần túy heuristic [7], [10]

Về bản chất, heuristic là phương pháp giải quyết vấn đề bằng cách đánh giá kinh nghiệm và tìm kiếm giải pháp tối ưu thông qua các phép thử nghiệm trong quá trình tìm kiếm, và là các quy luật dùng để chọn những cấu hình nào có nhiều khả năng nhất để dẫn đến một giải pháp chấp nhận được Tuy nhiên do dựa vào kinh nghiệm hoặc trực giác nên heuristic có thể dẫn đến một thuật toán tìm kiếm chỉ đạt được giải pháp gần tối ưu thậm chí có thể không tìm được giải pháp nào Đây là một hạn chế thuộc về bản chất tìm kiếm heuristic Do vậy, để hạn chế nhược điểm này, cần phải kết hợp heuristic với các kỹ thuật tối ưu hoặc dựa trên đặc điểm thực

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 11/110

tế của đối tượng nghiên cứu Với bài toán tái cấu trúc LĐPP, nhiều nghiên cứu đã cho thấy: việc kết hợp giữa heuristic và tối ưu hóa tuy tốn nhiều thời gian tính toán nhưng lại có khả năng xác định được cấu trúc lưới điện đạt cực tiểu tổn thất công suất và không phụ thuộc vào cấu trúc ban đầu đại diện cho nhóm thuật toán này là nghiên cứu của Merlin & Back [7], và nghiên cứu của Civanlar

Một số phương pháp đã được đề xuất để giải quyết vấn đề tái cấu trúc Năm

1975, Merlin và Back [10] đề xuất một phương pháp heuristic có ràng buộc để xác định các cấu trúc lưới cho tổn thất tối thiểu trên đường dây Để có cấu trúc hình tia, tác giả đã lần lượt loại bỏ những nhánh có dòng công suất chạy qua bé nhất, quá trình sẽ chấm dứt khi lưới điện đạt được trạng thái vận hành hở Trong quá trình thực hiện, thuật toán không tính mức giảm ΔP khi phân bố lại phụ tải cho từng bước

mà chỉ xét đến dòng chạy qua khóa điện Thuật toán không tính tổn thất ΔP để so sánh lựa chọn cấu hình tối ưu vì đã xuất phát từ điều kiện mở nhánh có dòng bé nhất để mức tổn thất ΔP là bé nhất

❖ Những ưu điểm chủ yếu của phương pháp này là [10]:

− Cấu trúc cuối cùng là độc lập với trạng thái ban đầu của các khóa điện

− Quá trình thực hiện phương pháp này dẫn đến tối ưu hoặc gần tối ưu theo các hàm mục tiêu

❖ Các hạn chế chính của phương pháp này là [10]:

− Tải được giả định hoàn toàn là tải tác dụng và được cung cấp bởi các nguồn hiện tại sẽ không thay đổi trong quá trình thực hiện tái cấu trúc

− Sụt áp trên lưới được cho là không đáng kể

− Các hạn chế khác của lưới điện cũng được bỏ qua

Dựa trên cơ sở thuật toán này, rất nhiều nghiên cứu về sau đã phát triển, chỉnh sửa cho phù hợp với thực tế vận hành lưới điện cũng như yêu cầu về giảm khối lượng tính toán và nâng cao chất lượng điện năng Điển hình cho các nghiên cứu đó là thuật toán của Shirmonohammadi và Hong đã cải tiến phương pháp của Merlin & Back và đã thu được kết quả khả quan trong việc tìm kiếm giải pháp tối

ưu hoặc gần tối ưu và trạng thái của các khóa điện không phụ thuộc vào cấu trúc

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 12/110

lưới [7] Tác giả Shirmohammadi là người đầu tiên sử dụng kỹ thuật “bơm vào/rút ra” một lượng dòng điện không đổi để mô tả thao tác phân bố lại phụ tải trong LĐPP với giả thiết dòng điện bơm vào/rút ra là một đại lượng liên tục Phương pháp này khắc phục được tất cả các nhược điểm chính của Merlin & Back [7], [11]

Xuất phát từ lưới điện ban đầu là lưới điện kín (sau khi đóng tất cả các khóa điện trên lưới), giải bài toán PBCS sẽ lựa chọn nhánh có dòng điện bé nhất trong các vòng độc lập Sau khi mở nhánh có dòng bé nhất trong lưới điện, giải lại bài toán PBCS cho lưới điện mới, đồng thời kiểm tra các điều kiện về chất lượng điện

áp nút, khả năng mang tải của các tuyến dây còn lại Trong trường hợp không vi phạm chất lượng điện áp các nút và khả năng tải của nhánh, sẽ lặp lại các bước như trên cho đến khi lưới điện hoàn toàn hình tia và các phụ tải đều được cấp điện Trong trường hợp khóa điện vừa mở vi phạm điều kiện vận hành, sẽ phải đóng khóa điện vừa mở và mở khóa điện có dòng bé nhất tiếp theo trong LĐPP Sau đó giải lại bài toán PBCS và tiếp tục kiểm tra điều kiện vận hành cho đến khi lưới điện có cấu trúc tia

Với cách thực hiện như trên dễ nhận thấy rằng thuật toán của Shirmohammadi có xét đến điều kiện chất lượng điện áp và khả năng tải đường dây (điều này khác với thuật toán của Merlin & Back), do đó cấu trúc LĐPP theo thuật toán này đảm bảo được chất lượng điện năng tốt hơn so với thuật toán của Merlin & Back Tuy nhiên, sau mỗi lần mở khóa điện, phải tiến hành giải lại bài toán PBCS nên tốn nhiều thời gian tính toán Với các LĐPP phức tạp có n khóa điện thì có khả năng xảy ra đến 2×n lần thao tác trên toàn LĐPP để có được một cấu hình LĐPP có tổn thất công suất bé nhất

Các nghiên cứu điển hình khác của Jeon, Goswami với tìm kiếm Tabu (Tabu Search – TS) sử dụng kỹ thuật chuyển đổi nhánh để tái cấu trúc LĐPP Phương pháp Tabu là phương pháp giải quyết vấn đề bằng cách đánh giá kinh nghiệm và tìm đến giải pháp bằng các phép thử và rút ra sai lầm Trong phương pháp này, bài toán tái cấu trúc được phát biểu dưới dạng bài toán tối ưu phi tuyến nguyên hỗn hợp, hàm mục tiêu là tối thiểu ΔP Các ràng buộc được đánh giá thông qua hệ số

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 13/110

phạt a Việc lựa chọn thông số phạt phải phù hợp để sao cho với giải pháp tối ưu thì chất lượng điện năng là tốt nhất Mặc dù Tabu cho kết quả tìm kiếm khá hiệu quả nhưng nhược điểm là số lần lặp lớn [10]

Civanlar đã phát triển kỹ thuật đổi nhánh thể hiện ở quá trình thay thế 01 khóa mở bằng 01 khóa đóng trong cùng một vòng để giảm tổn thất công suất Vòng được chọn để đổi nhánh là vòng có cặp khóa đóng/mở có mức giảm tổn thất công suất lớn nhất Quá trình được lặp lại cho đến khi không thể giảm được tổn thất nữa [17]

Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau [11]:

− Nhanh chóng xác định phương án tái cấu trúc có mức tổn thất nhỏ hơn bằng cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ qui tắc heuristic và sử dụng công thức thực nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tương đối

− Việc xác định dòng tải tương đối chính xác

Tuy nhiên, giải thuật cũng còn nhiều nhược điểm cần khắc phục [11]:

− Mỗi bước tính toán chỉ xem xét 01 cặp khóa điện trong 01 vòng

− Chỉ đáp ứng được nhu cầu giảm tổn thất, chứ chưa giải quyết được bài toán cực tiểu hóa hàm mục tiêu

− Việc tái cấu trúc hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc ban đầu của hệ thống điện

Bran và Wu đã cải tiến giải thuật của Civanlar bằng hai phép tính gần đúng cho dòng công suất và sụt áp trong quá trình chuyển tải Công suất tính toán trên nhánh theo Bran và Wu chỉ gồm thành phần công suất phụ tải, bỏ qua tổn thất của các nhánh trước đó Thông qua việc sử dụng phương pháp này, các khó khăn liên quan đến quá tải đường dây và sụt áp được xác định ngay trong giải thuật chứ không phải sau khi kết thúc bài toán Bran và Wu dễ bị rơi vào các cực tiểu địa phương vì trình tự thay đổi nhánh có tính chất tổ hợp [16]

2.3.2 Các giải thuật trí tuệ nhân tạo

Thời gian gần đây, trí tuệ nhân tạo đã trở nên phổ biến đưa đến sự phát triển của nhiều kỹ thuật như: hệ chuyên gia (ES), hệ thần kinh nhân tạo (ANN) và giải

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 14/110

thuật gen (GA) và đã được ứng dụng để tái cấu trúc hệ thống mặc dù việc sử dụng các kỹ thuật dựa trên cơ sở của trí tuệ nhân tạo đã tỏ ra có giá trị trong nhiều ứng dụng, nhưng vẫn chưa thể chứng minh là đã tìm ra được các giải pháp tốt nhất Với tốc độ phát triển của công nghệ máy tính như hiện nay, chắc chắn trí tuệ nhân tạo sẽ được ứng dụng nhiều hơn trong các bài toán tái cấu trúc hệ thống Các kỹ thuật áp dụng đồng thời ANN và GA (giải thuật lai) mở ra nhiều triển vọng trong việc giảm đáng kể thời gian tính toán [11], [18]

a Hệ chuyên gia (ES: Expert System)

Taylor và Lubkeman đưa ra một hệ chuyên gia tái cấu trúc hệ thống phân phối dựa trên sự mở rộng các quy luật của Civanlar Taylor và Lubkeman mô tả các mục tiêu cơ bản của họ như tránh quá tải máy biến áp, quá tải đường dây và độ sụt

áp không bình thường, các tác giả khẳng định rằng nếu thỏa mãn các điều kiện này

hệ thống sẽ đạt tối thiểu hóa tổn thất [8]

b Thuật toán di truyền (GA: Genetic Algorithm)

Nara sử dụng các thuật toán di truyền (GA) là một thuật toán tìm kiếm dựa trên cơ chế chọn lọc tự nhiên và di truyền tự nhiên Nó kết hợp sự thích nghi giữa bản chất của di truyền học tự nhiên hoặc quá trình tiến hóa của các cơ quan với chức năng tối ưu hóa Các tính năng đơn giản của GA làm cho nó phù hợp cho nhiều đối tượng khác nhau khi giải quyết vấn đề tối ưu hóa Các vấn đề trong việc

sử dụng GA dựa trên một nguyên tắc mã hóa và giải mã hiệu quả, cơ chế của nhiễm sắc thể đại diện cho mạng lưới phân phối và cấu trúc của chức năng thể lực

Biểu diễn chuỗi dựa trên các chiến lược Heuristic:

Đối với mạng phân phối, khi đóng một khóa điện sẽ tạo một vòng kín Thuật toán đề nghị bắt đầu bằng việc đóng tất cả các khóa điện để tạo thành một mạng kín Mạng vòng này sẽ bao gồm nhiều vòng kín và phải thực hiện thao tác mở một điểm

“tốt nhất” trên mỗi vòng để cực tiểu tổn thất cho mạch hở Mở một khóa điện trong mỗi vòng sẽ có được cấu trúc mạng hình tia tiếp theo là biểu diễn chuỗi:

− Mỗi gen biểu diễn một khóa mở trong vòng, độ dài của chuỗi bằng số vòng

Quá trình tái sản sinh, lai hóa và đột biến:

Trong quá trình tái sản sinh, chọn một tập hợp các chuỗi cũ để sản sinh một tập các chuỗi mới dựa theo những quy luật hợp lý Trong quá trình lai hóa, chọn hai chuỗi một cách ngẫu nhiên từ dân số ở cùng một thời điểm Chọn một hay nhiều vị trí trên hai chuỗi và hoán đổi cho nhau (lai hóa đơn giản hoặc phức tạp) Quá trình đột biến được thực hiện rất hạn chế, sau mỗi chuyển đổi từ 100 – 1000 bit trong quá trình lai hóa, thay đổi một vị trí bit ngẫu nhiên bằng các khóa điện khác nhau trong vòng cho một chuỗi được chọn ngẫu nhiên từ dân số Phép toán này được sử dụng

để thoát khỏi một cực tiểu địa phương Tuy nhiên trong quá trình này, chuỗi mới tạo

ra có thể vi phạm các ràng buộc hình tia và cách ly

c Giải thuật logic mờ (Fuzy logic)

King và Radha sử dụng một bộ điều khiển logic mờ để thích ứng hoàn toàn

và xác suất xảy ra đột biến dựa trên chức năng thể lực Các ưu điểm chính của hệ thống kiểm soát mờ đối với các phương pháp truyền thống là: khả năng mô hình hóa định lượng các khía cạnh của kiến thức và quá trình lý luận của con người, mô hình hóa ước tính miễn phí, mạnh mẽ, và dễ dàng thực hiện Logic mờ điều khiển

GA luôn luôn tìm ra tối ưu toàn cục và đã được chứng tỏ có sự hội tụ nhanh hơn so với một GA thông thường [8]

d Mạng thần kinh nhân tạo (ANN: Artificial Neural Network)

Kim và các cộng sự đã đề xuất một giải thuật gồm hai giai đoạn dựa trên ANN trong nỗ lực tái cấu trúc hệ thống nhằm cực tiểu hóa tổn thất Nhằm tránh những khó khăn liên quan đến khối lượng lớn các dữ liệu, Kim đã đề nghị chia hệ thống phân phối thành nhiều vùng phụ tải Tại mỗi vùng, một hệ thống gồm hai ANN sẽ được sử dụng để phân tích mức độ tải và sau đó thực hiện tái cấu trúc tùy theo điều kiện của tải Việc ứng dụng ANN trong phương pháp này mang lại các kết

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 16/110

quả tính toán nhanh vì không cần xem xét trạng thái đóng cắt riêng rẽ trong giải thuật tổng thể Tuy nhiên, ANN cũng chỉ có thể tìm ra được trạng thái lưới sau tái cấu trúc tốt như tập số liệu huấn luyện Chính vì vậy tái cấu trúc lưới đề nghị dùng ANN cũng không thể chỉ ra được trạng thái cực tiểu [11], [8]

e Thuật toán bầy đàn (PSM: Particle Swarm Method)

Jin và Zhao trình bày phương pháp dựa trên tối ưu nhị phân bầy đàn cho vấn

đề cân bằng tải Phương pháp này được lấy cảm hứng từ các hành vi xã hội của một đàn chim di cư cố gắng để đến được một điểm đến không được biết trước Mỗi giải pháp là một con chim trong đàn và được gọi là một “phần tử” tương tự như một nhiễm sắc thể trong GA Phương pháp này được sử dụng hiệu quả trong việc tìm kiếm cho các giải pháp tối ưu Hiện nay phương pháp tối ưu hóa bầy đàn Partile swarm optimization (PSO) đã và đang được phát triển và có nhiều cải tiến trong việc ứng dụng vào các bài toán tái cấu trúc lưới điện [2]

f Phương pháp mô phỏng luyện kim (SA: Simulated Annealing Method)

Các thuật toán mô phỏng luyện kim lần đầu tiên được đề xuất bởi Scott Kirkpatrick, C Daniel Gelatt và Mario P.Vecchi vào năm 1953 tuy nhiên nó là dựa trên phương pháp mô phỏng Monte Carlo do Metropolis N vào năm 1953 [11]

Tên của thuật toán này xuất phát từ quá trình làm lạnh và kết tinh hoặc một kim loại làm mát và ủ tương ứng của một chất lỏng Ở nhiệt độ cao, một chất lỏng ngẫu nhiên phân tán các phân tử trong một trạng thái năng lượng cao Khi quá trình làm giảm nguồn nhiệt từ thời điểm này, các hạt từ từ vào một mạng có cấu trúc (pha rắn) tương ứng với từng mức năng lượng một điều rất quan trọng trong suốt quá trình này là nhiệt độ của hệ thống đạt đến một trạng thái ổn định trước khi giảm nhiệt độ đến cấp độ tiếp theo Khi nhiệt độ đủ thấp, cấu trúc hệ thống đạt đến trạng thái cơ bản hoặc điểm mà tại đó năng lượng của các chất rắn được giảm tối thiểu Nếu như quá trình làm mát không được thực hiện đủ chậm, hệ thống không còn ở trạng thái năng lượng tối thiểu, lúc này quá trình được gọi là quá trình dập tắt

Các trạng thái vật lý của quá trình Luyện kim cũng tương tự như việc xác định gần như toàn bộ các giải pháp tối ưu cho các vấn đề tối ưu hóa Ý tưởng cơ bản

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 17/110

là bắt đầu với cấu hình nguyên tử hiện hành Cấu hình này tương đương với các giải pháp hiện thời của một vấn đề tối ưu hóa Năng lượng của các nguyên tử tương tự với chi phí của các hàm mục tiêu và trạng thái cuối cùng tương ứng với cực tiểu của hàm chi phí

g Thuật toán tối ưu kiến (ACO:Ant Colony Optimization Method)

Carpento và Chicco trình bày một ứng dụng mới của giải thuật tìm kiếm của đàn kiến cho bài toán tối ưu tái cấu trúc lưới điện phân phối với mục tiêu cực tiểu tổn thất trên hệ thống phân phối với các ràng buộc trong quá trình vận hành Phương pháp này dựa trên hoạt động tìm kiếm thức ăn của một đàn kiến Ban đầu,

số con kiến bắt đầu từ tổ kiến để đi tìm đường đến nơi có thức ăn Từ tổ kiến sẽ có rất nhiều con đường khác nhau để đi đến nơi có thức ăn, nên 1 con kiến sẽ chọn ngẫu nhiên một con đường đi đến nơi có thức ăn Quan sát loài kiến, người ta nhận thấy chúng tìm kiếm nhau dựa vào dấu chân mà chúng để lại trên đường đi Sau một thời gian lượng dấu chân (pheromone) của mỗi chặng đường sẽ khác nhau do sự tích lũy dấu chân của mỗi chặng đường cũng khác nhau và do sự bay hơi của dấu chân kiến cũng khác nhau Sự khác nhau này sẽ ảnh hưởng đến sự di chuyển của những con kiến sau đi trên mỗi đoạn đường Nếu dấu chân để lại trên đường đi nhiều thì sẽ có khả năng thu hút các con kiến khác di chuyển trên đường đi đó, những chặng đường còn lại do không thu hút được lượng kiến di chuyển sẽ có xu hướng bay hơi dấu chân sau một thời gian qui định Điều đặc biệt trong cách hành

xử loài kiến là lượng dấu chân trên đường đi có sự tích lũy càng lớn thì cũng đồng nghĩa với đoạn đường đó là ngắn nhất từ tổ kiến đến nơi có thức ăn Phương pháp này đưa ra để giải quyết các bài toán có không gian nghiệm lớn để tìm ra lời giải có nghiệm là tối ưu nhất trong không gian nghiệm đó với thời gian cho phép hay không tìm ra cấu trúc tối ưu hơn thì dừng Phương pháp này cũng rất thích hợp để giải bài toán tái câu trúc để có thể tìm ra trong các cấu trúc có thể của mạng phân phối có một cấu trúc có tổn thất công suất là nhỏ nhất [2]

2.2.3 Giải pháp sử dụng phần mềm PSS/ADEPT

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 18/110

Cấu trúc lưới điện phân phối được tạo nên bởi các nhóm phần tử như máy biến áp, đường dây, và các thiết bị đóng cắt, bảo vệ lưới điện (cầu chì, máy cắt,…) Trong quá trình vận hành lưới điện, chúng thường được nối tiếp với nhau để tạo nên một cấu trúc hình tia để đáp ứng được các chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật Trong thực tế vận hành, phụ tải sẽ không ngừng thay đổi sẽ làm thay đổi đáng kể phân bố công suất trên các nhánh của LĐPP Điều này đã làm cho việc vận hành LĐPP trở nên phức tạp, và do đó nhiệm vụ xác định lại vị trí các điểm mở trên LĐPP là quan trọng hơn cả

Tìm điểm mở mới của LĐPP là đi tìm một cấu hình tối ưu mới của LĐPP để đạt các mục tiêu trong vận hành như: Cải thiện chất lượng điện áp, cải thiện độ tin cậy, giảm tổn thất công suất tác dụng Mục tiêu chương này là trình bày cơ sở toán học cho bài toán vận hành LĐPP thông qua mô hình toán học và hướng giải quyết vấn đề giảm tổn thất

Mô tả toán học khi chuyển tải trên một LĐPP đơn giản:

Hình 2 1: Sơ đồ cung cấp điện đơn giản

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 19/110

Xét lưới điện một vòng và có khóa đang mở tại MN như hình 2.2 Tại nhánh

MN có 𝐼𝑃𝑀𝑁 = 0, 𝐼𝑄𝑀𝑁 = 0, thực hiện xác định lại khóa điện mở để tổn thất là bé nhất

Khi chuyển tải đoạn NB thuộc tuyến dây ON sang tuyến dây OM sẽ tương ứng với thao tác đóng khóa MN và mở khóa AB trên nhánh AB, sau khi chuyển tải đoạn nhánh AB thì 𝐼𝑃𝐴𝐵 = 0, 𝐼𝑄𝐴𝐵 = 0 Cũng có thể mô tả toán học thao tác chuyển tải trên bằng cách rút ra một lượng dòng điện 𝐼𝑃𝑗, 𝐼𝑄𝑗 từ nhánh ON và đồng thời bơm vào nhánh MN cùng lượng dòng điện 𝐼𝑃𝑗, 𝐼𝑄𝑗 sao cho dòng chạy qua nhánh AB

𝐼𝑃𝑗)2 𝑅𝑖 + ∑𝑛𝑖=1 (𝐼𝑄𝑖 + 𝐼𝑄𝑗)2 𝑅𝑖+

𝑖∈𝑂𝑀

(𝐼𝑃𝑗2 + 𝐼𝑄𝑗2 ) 𝑅𝑀𝑁𝑗 (2.9) Một cách gần đúng, xem dòng điện bơm vào/rút ra là các đại lượng liên tục vậy ∆𝑃𝑠𝑎𝑢 là tổn thất công suất sau khi chuyển tải, để ∆𝑃𝑠𝑎𝑢 nhỏ nhất thì:

+ ∑ 𝐼𝑃𝑖 𝑅𝑖

𝑛

𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀

+ ∑ 𝐼𝑃𝑗 𝑅𝑖

𝑛

𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀

+ ∑ 𝐼𝑄𝑖 𝑅𝑖

𝑛

𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀

+ ∑ 𝐼𝑄𝑗 𝑅𝑖

𝑛

𝑖=1 𝑖∈𝑂𝑀

+ 𝐼𝑄𝑗 𝑅𝑀𝑁𝑗 = 0

Suy ra:

𝑰𝑷𝒋 =

∑𝒏𝒊=𝟏 𝑰 𝑷𝒊 𝑹 𝒊 − 𝒊∈𝑶𝑵

∑𝒏𝒊=𝟏 𝑰 𝑷𝒊 𝑹 𝒊 𝒊∈𝑶𝑴

𝑰𝑸𝒋 =

∑𝒏𝒊=𝟏 𝑰𝑸𝒊𝑹𝒊− 𝒊∈𝑶𝑵

∑𝒏𝒊=𝟏 𝑰𝑸𝒊𝑹𝒊𝒊∈𝑶𝑴

Nhận xét:

1 Có thể bơm vào/rút ra lượng dòng điện không đổi trong thời gian khảo sát vào nhánh có khóa điện mở 𝑀𝑁𝑗 là 𝐼𝑃𝑗và 𝐼𝑄𝑗(j=1…k) Khi đó, bài toán tái cấu trúc lưới theo hàm mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất được thay bằng bài toán tìm giá trị dòng điện 𝐼𝑃𝑗 và 𝐼𝑄𝑗 bơm vào và rút ra tại khóa điện mở để cực tiểu tổn thất công suất

2 Thực tế dòng điện bơm vào/ rút ra có giá trị rời rạc nhưng ta giả thuyết là liên tục để có thể lấy đạo hàm Tuy vậy, 𝐼𝑃𝑗 và 𝐼𝑄𝑗 tìm được để tổn thất công suất nhỏ nhất có thể phù hợp với thực tế

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 21/110

✓ Trong LĐPP có K khóa điện, phải giải bài toán phân bố công suất K lần cho một lần lặp

c Nhận xét

✓ Dễ rơi vào cực trị địa phương

2 Kỹ thuật vòng cắt Heuristic kết hợp với kỹ thuật tối ưu

✓ Trong LĐPP có K khóa điện, phải giải bài toán phân bố công suất K lần cho một lần lặp ΔP tính cho từng bước phân bố lại phụ tải

c Nhận xét

✓ Có thể tránh được cực trị địa phương

3 Các kỹ thuật dựa trên trí tuệ nhân tạo

✓ Từng vị trí khóa đóng mở đã được mã hóa thành chuỗi nhị phân Tính các hệ

số thích nghi và hàm mục tiêu cho các cấu hình vừa mới tạo ra, và loại bỏ các cấu hình có hàm mục tiêu nhỏ hơn

c Nhận xét

Do phụ thuộc vào số cấu hình tạo ra ban đầu để có thể xác định được chọn Nên

sẽ mất nhiều thời gian để chạy chương trình tìm hàm mục tiêu cho các cấu hình ban đầu được tạo ra

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 22/110

2.4 Phương pháp giảm tổn thất công suất đề xuất theo PSS/ADEPT

2.4.1 Xác định dung lượng bù cho từng phát tuyến

Để xác định dung lượng bù cho từng phát tuyến, cần phải xem xét phát tuyến có bao nhiêu nhánh lớn cần bù Nếu phát tuyến không có nhánh rẽ lớn thì việc tính toán bù chỉ xét trên phát tuyến đó mà thôi Còn nếu phát tuyến đó có nhiều nhánh rẽ lớn thì phải tiến hành tính toán bù trên các nhánh rẽ đó

Dung lượng bù cho từng phát tuyến được xác định như sau:

Dung lượng bù tổng ứng với tải cực đại:

Qbmax = Pmax(tgφ1 - tgφ2) (kVAr) (2.14) Dung lượng bù nền (ứng với tải cực tiểu):

Qbmin = Qbnền = Pmin(tgφ1 - tgφ2) (kVAr) (2.15) Dung lượng bù ứng động:

Qbưđ = Qbmax - Qbùmin (kVAr) (2.16)

Ở đây:

Công suất tác dụng ứng với tải cực đại và tải cực tiểu của phát tuyến:

Pmax= 3.U.Imaxcos1 (kW) (2.17)

Pmin= 3.U.Imincos1 (kW) (2.18) Với: Imax và Imin xác định từ đồ thị phụ tải của phát tuyến:

Hệ số công suất yêu cầu trên phát tuyến:

𝛿𝑋1 = 3 𝑐 𝛼[2 − 𝑋1+ 𝑋1 𝜆 − 𝑐) + (𝜆 + 1)] = 0 Suy ra: 𝑋1= 2−𝑐

Đối với phụ tải phân bố đều, dòng phản kháng ở cuối đường dây bằng không: I2=0 ⎡ λ=0, α=1

Vậy vị trí đặt tụ bù tối ưu là: 𝑋1 =2

3 chiều dài phát tuyến

b Trường hợp đặt hai vị trí

Phương trình độ giảm tổn thất khi đặt một tụ bù trên phát tuyến:

ΔPg = 3.c.α.{[x1(2 - x1) + λ.x1 - 3c] + [x2(2 – x2) + λ.x2 - c]} (2.24) Đạo hàm ΔP theo x1, x2 và cho bằng không:

{

𝛿Δ𝑃

𝛿𝑋1 = 3 𝑐 𝛼[(2 − 𝑋1+ 𝜆 𝑋1− 3 𝑐) + 𝑋1(𝜆 − 1)] = 0𝛿Δ𝑃

d Trường hợp sử dụng bốn tụ bù

Giả thiết bốn bộ tụ bù có cùng công suất và được đấu vào đường dây để

bù Tiến hành tính toán tương tự như trên, biểu thức tính độ độ giảm tổn thất công suất trong hệ đơn vị tương đối như sau:

e Suy rộng cho trường hợp sử dụng n bộ tụ bù

Từ những kết quả đã tính toán ở trên ứng với số lượng tụ bù tăng dần, có thể suy ra trường hợp tổng quát có n bộ tụ bù và biểu thức tính độ giảm tổn thất công suất trong hệ đơn vị tương đối như sau:

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 25/110

pháp phân tích động theo dòng tiền tệ; xác định dung lượng bù tối ưu; xây dựng cơ

sở dữ liệu và các chỉ số kinh tế LĐPP cho chương trình PSS/ADEPT

2.5 Tổng quan về tổn thất điện năng phi kỹ thuật

2.5.1 Khái niệm chung

Tổn thất điện năng phi kỹ thuật hay tổn thất thương mại phần lớn là do tình trạng vi phạm sử dụng điện như:

✓ Lấy cắp điện dưới nhiều hình thức (câu móc trực tiếp, làm sai lệch hệ thống đo đếm điện năng, gây hư hỏng công tơ và các thiết bị đo lường, )

✓ Thiếu kiểm tra trong công tác quản lý thiết bị đo lường như: VT mất pha,

CT quá tải, suy giảm tỷ số biến, công tơ hư hỏng không xử lý và thay thế kịp thời, vv…

✓ Sai số của các thiết bị đo đếm điện năng vượt quá giá trị cho phép

✓ Công tác quản lý khách hàng còn sơ hở dẫn đến thất thu tiền điện, khách hàng còn vi phạm quy chế sử dụng điện

Tổn thất điện năng phi kỹ thuật phản ánh trình độ quản lý của công ty điện lực địa phương, trình độ quản lý của đội ngũ kỹ thuật và kinh doanh càng cao thì tổn thất điện năng phi kỹ thuật càng thấp Mục tiêu cần đạt là phấn đấu đưa tổn thất điện năng phi kỹ thuật về giá trị thấp nhất như có thể

2.5.2 Các nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng phi kỹ thuật

a Tổn thất điện năng phi kỹ thuật do quản lý

Tổn thất điện năng phi kỹ thuật do quản lý bao gồm:

✓ Do ghi chỉ số sai lệch;

✓ Do điện kế đo đếm không chính xác;

✓ Do công tơ hư hỏng không được 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

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 26/110

b Tổn thất điện năng phi kỹ thuật do trộm cắp điện

Tổn thất điện năng phi kỹ thuật do trộm cắp điện bao gồm:

✓ Câu trực tiếp từ lưới điện lực không qua hệ thống đo đếm;

✓ Mổ cáp muller trước công tơ;

✓ Phá niêm chì hộp che bảo vệ công tơ, phá chì kiểm định để tác động trực tiếp vào công tơ gây sai lệch chỉ số điện năng tiêu thụ;

✓ Dùng chì niêm giả niêm lai chì sau khi điều chỉnh, thay đổi kết cấu bên trong công tơ;

✓ Phá niêm chì hộp che bảo vệ công tơ, phá niêm chì hộp đấu dây công tơ

để tác động trực tiếp vào công tơ gây sai lệch chỉ số điện năng tiêu thụ;

✓ Khoan lỗ công tơ chặn đĩa quay của công tơ;

✓ Phá hỏng mặt kiếng công tơ;

✓ Lật nghiêng công tơ;

✓ Đảo pha lấy nguội bên ngoài;

✓ Dùng máy tạo dòng;

✓ Dùng nam châm

2.5.3 Giải pháp đề xuất giảm tổn thất điện năng phi kỹ thuật

Để giảm tổn thất điện năng phi kỹ thuật cần áp dụng các giải pháp như sau:

✓ Quản lý chất lượng thiết bị hệ thống đo đếm khi mua sắm, thí nghiệm, kiểm định và vận chuyển, lưu kho và trước khi đưa vào vận hành;

✓ Quản lý mật khẩu điện kế và phần mềm cài đặt điện kế điện tử;

✓ Quản lý nghiệm thu lắp đặt, sửa chữa hệ thống đo đếm;

✓ Quản lý hệ thống đo đếm từ xa bằng phần mềm chuyên dùng;

✓ Kiểm tra hệ thống đo đếm thường xuyên và theo định kỳ;

✓ Giảm thiểu thấp nhất việc ghi chỉ số trên công tơ không cùng thời điểm dẫn đến việc xác định điện năng tiêu thụ không chính xác

2.5.4 Nhận xét

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 27/110

Thực chất tổn thất điện năng phi kỹ thuật chính là hành vi gian lận thương mại, vi phạm sử dụng điện (vô tình hoặc cố ý) của các bên mua điện Các hành vi này cần được kiểm soát và loại trừ nhằm giảm thiệt hại về kinh tế cho bên bán điện

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 28/110

Chương 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT 5.0

3.1 Tổng quan về phần mềm PSS/ADEPT 5.0

Phần mềm PSS/ADEPT (The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) được xây dựng dành cho các kỹ sư và cán bộ kỹ thuật trong các công ty điện lực Phần mềm này được sử dụng như một công cụ để thiết kế và phân tích lưới điện phân phối

PSS/ADEPT cũng cho phép người sử dụng thiết kế, chỉnh sửa, phân tích sơ đồ lưới và các mô hình lưới điện một cách trực quan với giao diện đồ họa cho hệ thống điện với số nút không giới hạn Mỗi phiên bản tùy theo yêu cầu, người dùng được cấp khóa cứng để chạy phần mềm trên máy đơn hay máy mạng

Theo thống kê của công ty phần mềm PTI, hiện nay trên thế giới có tới 136 quốc gia sử dụng phần mềm này phục vụ cho công tác tính toán và vận hành lưới điện phân phối của các công ty điện lực

Một số nước có hệ thống điện phát triển khi sử dụng phần mềm PSS/ADEPT

đã giảm được tổn thất điện năng xuống mức thấp nhất như Nhật Bản (4,3%) Singapore (7,2%) và Canada (5,7%)

3.2 Các chức năng của phần mềm PSS/ADEPT 5.0

Phần mềm PSS/ADEPT 5.0 có thể giải quyết 8 bài toán chính thường gặp trong

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 29/110

3 Bài toán TOPO (Tie Open Point Optimization) : Phân tích điểm dừng tối ưu Tìm ra những điểm có tổn hao công suất nhỏ nhất trên lưới và đó là điểm dừng lưới trong mạng vòng 3 pha;

4 Bài toán CAPO (Optimal Capacitor Placement) : Đặt tụ bù tối ưu Tìm ra những điểm tối ưu để đặt các tụ bù cố định và tụ bù ứng động sao cho tổn thất trên lưới là bé nhất;

5 Bài toán tính toán các thông số đường dây (Line Properties Calculator) : Tính toán các thông số đường dây truyền tải;

6 Bài toán phối hợp và bảo vệ (Protection and Coordination);

7 Bài toán phân tích sóng hài (Hamornics): Phân tích các thông số và ảnh hưởng của các thành phần sóng hài trên lưới;

8 Bài toán phân tích độ tin cậy trên lưới điện (DRA – Distribution Reliability Analysis)

Tính toán các thông số độ tin cậy trên lưới điện như :

✓ SAIDI : Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình hệ thống

✓ SAIFI : Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của hệ thống

✓ CAIDI : Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của khách hàng

✓ CAIFI : Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình của khách hàng

✓ ASAI : Chỉ tiêu khả năng sẵn sàng cung cấp

✓ ASUI : Chỉ tiêu khả năng không sẵn sàng cung cấp

✓ ENS : Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng

✓ AENS: Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng trung bình

HVTH: Trần Ngọc Sơn Trang 30/110

Diagram View Equipment List View

Progress View

Report Preview

3.3 Các chương trình ứng dụng

Giao diện chính của phần mềm PSS/ADEPT 5.0 trình bày ở Hình 3.1

3.3.1 Cửa sổ Diagram View

Cửa sổ Diagram View luôn hiển thị một cách trực quan các thiết bị của một

sơ đồ lưới điện (Hình 3.2) Chỉ việc click vào các biểu tượng trên thanh công cụ và đặt vào cửa sổ để thực hiện việc tạo sơ đồ lưới

Hơn nữa, còn có thể quan sát kết quả tính toán và phân tích trên giao diện này Pop-up menu (cửa sổ khi click chuột phải) của cửa sổ này còn cung cấp cho người sử dụng các chức năng riêng trong Diagram View

Hình 3 1: Giao diện chính của phần mềm PSS/ADEPT 5.0