Luận văn tốt nghiệp Lời cảm ơn HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang iv GVHD: TS.Trương Việt Anh LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của em gửi đến Tiến Sĩ Trương Việt Anh, người Thầy đã tận tụy hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM đã giảng dạy em trong suốt hai năm học. Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất cả các đồng nghiệp, bạn bè và đặc biệt là người vợ yêu dấu đã giúp đỡ tôi về tinh thần, vật chất và công sức trong suốt quá trình học tập cũng như để hoàn thành luận văn này. Xin trân trọng cảm ơn ! TP. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 09 năm 2012 Nguyễn Phú Cần Luận văn tốt nghiệp Tóm tắt HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang v GVHD: TS.Trương Việt Anh TÓM TẮT Luận văn này trình bày một giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối (LĐPP) nhằm giảm chi phí vận hành có xét đến việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng cách ngoài tổn hao năng lượng, chi phí vận hành, hàm mục tiêu còn sử dụng thêm chỉ số điện năng ngừng điện (A NĐ ), thời gian ngừng điện (T NĐ ) thông qua các chỉ số A NĐ và T NĐ của các khu vực phụ tải trong LĐPP. Các chỉ số này được thống kê từ số liệu nguyên nhân và thời gian khắc phục sự cố của các công ty điện. Thông qua các kết quả khảo sát trên LĐPP từ đơn giản đến phức tạp và đặc biệt trên LĐPP của thành phố Cà Mau đều cho thấy sau khi tái cấu hình lưới (TCHL), thời gian ngừng cung cấp điện và điện năng ngừng cung cấp giảm đáng kể và từ đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Điều này cho thấy tính đúng đắn, hiệu quả của hàm mục tiêu và giải thuật. ABSTRACT This thesis presents an algorithm to re-configure the distribution grid to reduce operating costs, taking into account improving the reliability of power supply by external energy loss, operating costs, the objective functionuse more electrical power indicator stop, stop time power through indicators A NĐ and T NĐ of the load area in the distribution grid. These indicators are statistics from the raw data and time troubleshooting of power companies. Through the survey results on the distribution grid from simple to complex, and especially on the city's distribution grid Mau showed after network reconfiguration, time to stop the power supply and powerstop providing significantly reduced and thereby improve the reliability of power supply to customers. This shows the correctness and efficiency of the objective function and algorithm. Luận văn tốt nghiệp Mục lục HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang vi GVHD: TS.Trương Việt Anh MCăLC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh sách các chữ viết tắt x Danh sách các hình xi Danh sách các bảng xii Chngă1. GiiăThiuăLunăVĕn 01 1.1. Đặt vấn đề 01 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 02 1.3. Phạm vi nghiên cứu 02 1.4. Phương pháp giải quyết bài toán 03 1.5. Điểm mới của luận văn 03 1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn 04 1.7. Bố cục của luận văn 05 Chngă2: Tngăquan văliăđinăphơnăphi 06 2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối 06 2.1.1 nh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện 07 2.1.2. Cấu trúc lưới điện 08 2.2. Hiện trạng và đặc điểm của lưới điện phân phối ở Việt Nam 09 2.3. Các bài toán tái cấu hình lưới điện ở góc độ vận hành 10 2.4. Độ tin cậy cung cấp điện cho các phụ tải 11 2.5. Các nghiên cứu khoa học 12 2.5.1. Bài toán xem xét tác động của môi trường 12 Luận văn tốt nghiệp Mục lục HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang vii GVHD: TS.Trương Việt Anh 2.5.1.1. Phương pháp cây sự cố - Grap tree 13 2.5.1.2. Mô hình của Peng Wang và Roy Billinton 15 2.5.1.2. Mô hình cải tiến của Karin Alvehag và Lennart Söder 16 2.5.2. Bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối 18 2.5.2.1. Mô hình toán học lưới điện phân phối 18 2.5.2.2. Phương pháp Heuristic và tối ưu h ó a 20 2.5.2.3. Các giải thuật heuristic hiện đại 23 2.5.2.3.a. Thuật toán di truyền - Genetic Algo r i t h m ( G A) 24 2.5.2.3.b. Phương pháp logic mờ - Fuzzy Logic 26 2.5.2.3.c. Mạng thần kinh nhân tạo - A r t ifici a l Neural Ne t wo r k (ANN) 27 2.5.2.3.d. Hệ chuyên gia 27 2.5.2.3.e. Phương pháp bầy đàn - Particle Swarm Method ( P S M ) 28 2.5.2.3.f. Phương pháp tìm kiếm TABU - Tabu Search Method ( T S) 28 2.5.2.3.g. Phương pháp mô phỏng luyện kim - (SA) 29 2.5.2.3.h. Phương pháp tối ưu Kiến - Ant Colony Optimization M e t h o d 30 2.5.2.3.k. Mô phỏng cây tăng trưởng – PGSA 31 2.6. Hướng nghiên cứu của luận văn 31 Chngă3: Phngăphápătipăcn 33 3.1. Đặt vấn đề 33 3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy 34 3.2.1. Các phần tử của hệ thống điện 34 3.2.2. Vị trí máy phát dự phòng 36 3.2.3. Sự biến đổi tải theo thời gian 36 3.2.4. Điều kiện môi trường 37 3.3. Xây dựng mô hình, mô hình hóa hệ thống phân phối 37 3.3.1. Mô hình nguồn 37 3.3.2. Mô hình tải 40 3.3.3. Mô hình cường độ hỏng hóc và thời gian sửa chữa 40 3.3.4. Mô hình phân chia sơ đồ lưới điện 42 Luận văn tốt nghiệp Mục lục HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang viii GVHD: TS.Trương Việt Anh 3.4. Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ tin cậy hệ thống cung cấp điện 45 3.4.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện 45 3.4.2. Các phương pháp tính toán độ tin cậy cung cấp điện 49 3.5. Mô hình toán để TCHL giảm chi phí vận hành xét đến nâng cao ĐTCCCĐ 51 3.5.1. Cực tiểu chi phí vận hành C loss 53 3.5.2. Cực tiểu chi phí bồi thường do ngừng điện gây ra 53 3.5.3. Cực tiểu chi phí chưa kiểm soát C diff 56 3.5.4. Hàm đa mục tiêu 56 3.6. Xây dựng giải thuật tối ưu hai giai đoạn 58 Chngă4: Thcăhinătínhătoán 61 4.1. LĐPP mạch vòng của Roy Billinton Test System 61 4.1.1. Mô tả hệ thống 61 4.1.2. Thực hiện tính toán cho hệ thống 62 4.1.3. Thực hiện tính toán theo giải thuật 63 4.2. Mô hình 5 khu vực để tính toán giải thuật 64 4.2.1. Mô tả hệ thống 64 4.2.2. Thiết lập các ma trận 66 4.2.3. Thực hiện tính toán cho lưới điện hiện hữu 67 4.2.4. Thực hiện tính toán theo giải thuật 67 4.3. Áp dụng tính toán trên lưới điện Thành phố Cà Mau 69 4.3.1. Giới thiệu lưới điện thành phố Cà Mau 69 4.3.2. Một số số liệu các phát tuyến 71 4.3.2.1 Thông tin các phát tuyến 71 4.3.2.2 Số liệu sự cố điển hình của Điện lực Thành phố Cà Mau 71 4.3.3 Kiểm tra giải thuật trên lưới điện Thành phố Cà Mau 73 4.4. Một số đề xuất cho lưới điện Thành Phố Cà Mau 74 4.5. Kết luận 80 Chngă5: KtălunăvƠăđăxut 81 5.1. Kết luận 81 Luận văn tốt nghiệp Mục lục HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang ix GVHD: TS.Trương Việt Anh 5.2. Những hạn chế và hướng phát triển của đề tài 82 TÀIăLIUăTHAMăKHO 84 PHăLCăLĐPPăROYăBILLINTONăTESTăSYSTEM 88 PHăLCăTệNHăPSS/ADEP LĐPP 5ăKHUăVC 89 PHăLCăLĐPPăTPăCÀăMAU 90 PHăLCăPHNăMMăTệNHăA NĐ , T NĐ KHUăVC 91 Luận văn tốt nghiệp Danh sách các chữ viết tắt HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang x GVHD: Trương Việt Anh DANH SÁCH CỄCăCH̃ăVIẾTăT́T TCHLĐ: tái cấu hình lưới điện. ĐTCCCĐ: độ tin cậy cung cấp điện. LĐPP: lưới điện phân phối. λ: cường độ hỏng hóc. r: thời gian sửa chữa. GA: thuật toán di truyền. Fuzzy Logic: phương pháp logic mờ. ANN: phương pháp mạng thần kinh nhân tạo. PSO: phương pháp bầy đàn. TS: phương pháp bảng tìm kiếm. SA: phương pháp mô phỏng luyện kim. PGSA: phương pháp mô phỏng cây tăng trưởng. SAIDI: thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối. SAIFI: số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối. CAIDI: thời gian trung bình của một lần mất điện. ASAI: độ sẵn sàng cung cấp điện. ENS: nâng lượng không thể cung cấp. MAIFI: số lần mất điện trung bình thoáng qua của lưới phân phối. T NĐ : thời gian ngừng điện của một khu vực do ảnh hưởng sự cố của các khu vực khác. A NĐ : Điện năng ngừng cung cấp của khu vực do ảnh hưởng sự cố của các khu vực khác. C total : tổng chi phí cho việc tái cấu hình lưới điện. C loss : chi phí do tổn thất khi TCHLĐ. C ENS : chi phí do năng lượng không cung cấp. C diff : chi phí chưa thể kiểm soát. Luận văn tốt nghiệp Danh sách các hình HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang xi GVHD: TS. Trương Việt Anh DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1. Tổn thất điện năng của EVN 07 Hình 2.2a. Sơ đồ lưới điện hình tia 08 Hình 2.2b. Sơ đồ cung cấp điện mạch vòng vận hành hình tia 09 Hình 2.3. Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Nam 09 Hình 2.4. Mô hình quản lý khách hàng theo phần tử cấp điện 12 Hình 2.5. Mô hình phân chia lưới phân phối 13 Hình 2.6. Hai trạng thái của thiết bị 15 Hình 2.7. Mô hình theo gió và sét 17 Hình 2.8. Mô hình của một hệ thống mờ 26 Hình 2.9. Sơ đồ chung của một PSO 28 Hình 2.10. Minh họa tìm kiếm bằng TS 29 Hình 3.1. Nguồn dự phòng trong lưới điện phân phối 33 Hình 3.2. Mô hình xét độ tin cậy của hệ thống điện 34 Hình 3.3a. Đường cong Bathtub điển hình 35 Hình 3.3b. Đường cong Bathtub của 2 TB 35 Hình 3.4. Thống kê sự cố trong một năm 37 Hình 3.5. Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian 38 Hình 3.6a. Sự cố thoáng qua năm 2010 & đầu năm 2011 của EVN SPC 40 Hình 3.6b. Sự cố vĩnh cửu năm 2010 & đầu năm 2011 của EVN SPC 40 Hình 3.7. Sơ đồ hệ thống cung cấp điện với phân miền khu vực 42 Hình 3.8. Sơ đồ tải cung cấp từ một nguồn 53 Hình 3.9. Sơ đồ hệ thống cung cấp điện hình tia 54 Hình 3.10. Minh họa chi phí bồi thường và lợi nhuận của ngành điện 58 Hình 3.11. Lưu đồ TCHL giảm chi phí vận hành xét đến nâng cao ĐTCCĐ . 59 Hình 4.1. Lưới điện Roy Billinton Test System 62 Hình 4.2. Sơ đồ nối điện của 5 khu vực 65 Hình 4.3. Sơ phân chia khu vực lưới điện Thành phố Cà Mau 70 Luận văn tốt nghiệp Danh sách các bảng HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang xii GVHD: TS.Trương Việt Anh DANH SÁCH CÁC BNG Trang Bảng 2.1. Tỷ trọng các thành phần phụ tải năm 2011 của EVN 6 Bảng 2.2. Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC 10 Bảng 2.3. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu hình lưới 11 Bảng 3.1. Chi phí thiệt hại của khách hàng ngừng cung cấp điện (k$/kW) 55 Bảng 3.2. Thống kê chi phí thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện 56 Bảng 4.1. Số liệu đường dây cung cấp điện 61 Bảng 4.2. Các giá trị độ tin cậy của các nút tải 62 Bảng 4.3. Kết quả các bước thực hiện giải thuật 63 Bảng 4.4. Kết quả cho trước và sau khi TCHLĐ 64 Bảng 4.5. Số liệu chiều dài, khách hàng, thời gian sửa chữa 66 Bảng 4.6. Một số liệu của lưới điện trước khi TCHLĐ 67 Bảng 4.7. Tổng hợp các chỉ số sau khi tái cấu hình 69 Bảng 4.8. Số liệu cơ bản các phát tuyến cung cấp điện TP Cà Mau 71 Bảng 4.9. Thống kê theo loại sự cố 72 Bảng 4.10. Thống kê sự cố và thời gian khắc phục theo mùa 72 Bảng 4.11. Số liệu chiều dài, khách hàng, thời gian sửa chữa. 73 Bảng 4.12. Lợi nhuận tính toán chuyển tải theo các số liệu thực tế 73 Bảng 4.13. Bảng tính T NĐ , A NĐ theo mùa mưa của 7 tháng đầu năm 2012 74 Bảng 4.14. Lợi nhuận do chuyển tải và giá tăng cho khách hàng 76 Bảng 4.15. Lợi nhuận do chuyển tải và giá tăng cho khách hàng 76 Bảng 4.16. Lợi nhuận do chuyển tải và giá tăng cho khách hàng 77 Bảng 4.17. Các thông số sau khi tái cấu hình có đầu tư 78 Bảng 4.18. Thiệt hại loại khách hàng theo thời gian 79 Chương 1: Giới thiệu luận văn GVHD: TS.Trương Việt Anh HVTH: Nguyễn Phú Cần Trang 1 CHNGă1 GII THIU LUNăVĔN 1.1. ĐT VNăĐ Ngày nay khi mà cuộc sống của người dân ngày càng tăng cao, các ngành công nghiệp, dịch vụ cũng như các ngành khác không ngừng phát triển mạnh mẽ, trong khi mục tiêu phát triển và tăng trưởng là nhiệm vụ hàng đầu của các chính phủ, thì nhu cầu tiêu thụ điện sẽ ngày càng lớn. Chính vì vậy, mục tục tiêu phát triển thêm các nguồn điện phục vụ cho nhu cầu xã hội thật sự là một vấn đề nhức nhối và hết sức khó khăn đối với hầu hết các quốc gia trên thế giới. Song song đó, chất lượng điện năng phân phối đến các hộ tiêu thụ ngày phải càng cải thiện, độ tin cậy ngày phải được nâng cao, cũng là những mục tiêu song hành của các quốc gia trong lĩnh vực năng lượng điện. Hiện tại, khi mà các nguồn nguyên nhiên liệu từ hóa thạch đã dần cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường, các quốc gia đang tập trung nghiên cứu các loại năng lượng mới và các phương án tái cấu hình lưới điện phân phối. Xét ở góc độ dựa vào nền tảng cơ sở vật chất hay các kết cấu lưới điện hiện có, thì phương án tái cấu hình lưới điện sẽ tốt hơn. Phương án tái cấu hình lưới hiện tại có khá nhiều nghiên cứu đã được công bố, điểm khác nhau cơ bản của các giải thuật là xây dựng mô hình tìm kiếm để có được dòng công suất tối ưu trên các nhánh, chi phí là tối ưu, thời gian hội tụ, kết quả trả về, thời gian tính toán, khả năng áp dụng thực tế và tính chính xác có thể chấp nhận được của các kết quả nêu trên. Đối với hệ thống điện phân phối thì việc nghiên cứu để nâng cao độ tin cậy thật sự không phải là một vấn đề đơn giản, bởi lẽ do mức độ phân bố của lưới điện phân phối là rộng khắp và dày đặc do đó hệ thống điện phân phối sẽ phải đối mặt với hàng loạt mối nguy hiểm, đặc biệt phải kể đến là do tác động của điều kiện thời tiết khắc nghiệt với hai nguyên nhân chính là gió và sét. Chẳng những thế, sự tác động của các yếu tố thời tiết là rất khó kiểm soát, chúng ta chỉ có thể thống kê qua kết quả của nhiều để làm cơ sở phân tích. Do đó, việc cần phải xây dựng mô hình tác [...]... của lưới điện 1.6 GIÁ TR TH C TI N C A LU NăVĔN 1 Xây dựng giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối tối ưu chí phí xét đến nâng cao độ tin cậy cung cấp điện được chứng minh bằng lý thuyết lẫn kết quả tính toán cho thấy một lưới điện có cấu hình đúng sẽ nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện, giảm được chi phí vận hành hệ thống điện phân phối và dẫn đến giảm được giá thành điện năng cung cấp đến khách... định cấu hình lưới giảm chi phí vận hành xét đến nâng cao độ tin cậy cung cấp điện (Bài toán xét trong luận văn) Các bài toán xác định cấu hình vận hành của một lưới điện phân phối cực tiểu tổn thất năng lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện kỹ thuật vận hành luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện Bảng 2.3 Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu. .. xét tác động của hai yếu tố chính là cường độ gió và cường độ sét, sau đó được kiểm chứng qua mô phỏng và các khu vực có điều kiện thời tiết khắc nghiệt 1.2 M C TIÊU VÀ NHI M V C A LU NăVĔN Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối giảm chi phí vận hành có xét đến nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, nhằm mục đích giảm thiểu thời gian ngừng điện, điện năng ngừng cung cấp, ... Xây dựng được hàm mục tiêu lợi nhuận cho bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối tối ưu chi phí xét đến nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thông qua cực tiểu hàm chi phí thiệt hại của khách hàng do ngừng cung cấp điện và các hệ số ảnh hưởng theo thời gian đã được đưa vào xem xét 2 Đề xuất và ứng dụng giải thuật heuristic kết nối để tìm ra cấu hình lưới điện phân phối tối ưu theo hàm mục tiêu đã xây dựng... bán kính cấp điện là rất lớn, phụ tải rải rác, lưới điện cũ nát, nhiều tuyến dây trung áp bị quá tải, công tác quản lý, vận hành và quản lý kinh doanh còn chưa hợp lý nên độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải ở mức thấp Mặt khác, trải qua thời gian rất dài vấn đề độ tin cậy cung cấp điện chưa được quan tâm đúng mức Việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện chủ yếu phục vụ công tác vận hành Các chỉ... quan về LĐTA GVHD: TS.Trương Việt Anh tối ưu chi phí và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống Vấn đề tái cấu hình hệ thống cũng tương tự như việc tính toán phân bố công suất tối ưu Tuy nhiên, tái cấu hình yêu cầu một khối lượng tính toán lớn do có nhiều biến số tác động đến các trạng thái khóa điện và điều kiện vận hành như: lưới điện trung áp phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đường... các vấn đề: 1 Bài toán tái cấu hình lưới điện giảm chi phí (BT1) vận hành dựa vào giải thuật kết nối, gien, luyện kim, giải thuật kiến v.v 2 Bài toán 2: Kết hợp bài toán kết hợp giảm chi phí vận hành (BT1) và bài toán xét đến nâng cao độ tin cậy theo điều kiện thời tiết với các yếu tố được đặt ra là sự hỏng hóc, thời gian sửa chữa của các khu vực cần được vào các công thức để xem xét và tính toán 1.4... về mặt quản lý nhà nước đã ban hành [2] thông tư số 32/2010/TT-BCT ngày 30 tháng 07 năm 2010 về việc quy định tiêu chuẩn độ tin cậy cung cấp điện trong hệ thống điện phân phối nhưng vẫn không thể hiện rõ chỉ số độ tin cậy ở mức độ nào là hợp lý, không những thế EVN vẫn chưa thật sự chú tâm và rút kinh nghiệm để chỉ đạo rút kinh nghiệm nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng và mọi việc... phục vụ công tác vận hành Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện chưa phản ánh đầy đủ về độ tin cậy cung cấp điện Hiện nay, để đánh giá độ tin cậy lưới điện truyền tải và phân phối trong hệ thống điện Việt Nam, các báo cáo thống kê kỹ thụât của EVN thường sử dụng các suất sự cố như: suất sự cố thoáng qua và vĩnh cửu cho các đường dây siêu cao áp, cao áp, trung áp và hạ thế; suất sự cố vĩnh cửu... bản trên, chúng ta có thể tạm phân chia bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối thành các bài toán nhỏ như sau: - Bài toán 1: Xác định cấu hình lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất - Bài toán 2: Xác định cấu hình lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất - Bài toán 3: Xác định cấu hình lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất . giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối giảm chi phí vận hành có xét đến nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, nhằm mục đích giảm thiểu thời gian ngừng điện, điện năng ngừng cung cấp, tối ưu. thấy một lưới điện có cấu hình đúng sẽ nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện, giảm được chi phí vận hành hệ thống điện phân phối và dẫn đến giảm được giá thành điện năng cung cấp đến khách. một giải thuật tái cấu hình lưới điện phân phối (LĐPP) nhằm giảm chi phí vận hành có xét đến việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng cách ngoài tổn hao năng lượng, chi phí vận hành, hàm mục