Header Page of 126 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ VĂN PHƯƠNG ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ MỚI FPI VỀ CHỈ BÁO ĐƯỜNG ĐI SỰ CỐ CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2017 Footer Page of 126 Header Page of 126 Công trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS TS ĐINH THÀNH VIỆT Phản biện 1: TS Trần Vinh Tịnh Phản biện 2: TS Nguyễn Lương Mính Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 05 tháng 01 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Footer Page of 126 Header Page of 126 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, việc phát triển lưới điện thông minh (Smart Grid) xu tất yếu mối quan tâm hàng đầu ngành điện Việt Nam toàn giới nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo cung cấp điện liên tục cho khách hàng sử dụng điện Như thấy để phát triển lưới điện thông minh Việt Nam, giai đoạn đầu cần tập trung đẩy mạnh hạng mục công việc quan trọng tăng cường độ tin cậy, tăng cường hiệu vận hành hệ thống điện, tập trung vào lưới điện phân phối Để thực điều cần thực đồng nhiều giải pháp, việc ứng dụng công nghệ báo đường cố (Fault Passage Indicator – FPI) cho lưới điện phân phối thông minh xem giải pháp hiệu giúp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện hiệu vận hành lưới điện phân phối Tuy nhiên, thiết bị FPI có giá thành thấp; việc lắp đặt thiết bị FPI, vị trí lưới điện phân phối để đạt hiệu cao chưa nghiên cứu cụ thể Do đề tài “Ứng dụng hiệu công nghệ FPI báo đường cố cho lưới điện phân phối thông minh” mang tính cấp thiết giai đoạn phù hợp với Đề án phát triển lưới điện thông minh Việt Nam mà Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề tài đề xuất giải pháp để ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố FPI nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối, góp phần thực lộ trình xây dựng lưới điện thông minh Việt Nam theo Đề án mà Thủ tướng Chính phủ phê duyệt, góp phần tiết giảm lãng phí đầu tư, nâng cao suất Footer Page of 126 Header Page of 126 lao động 2.Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng giải pháp ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố (Fault Passage Indicator – FPI) nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối theo lộ trình xây dựng lưới điện thông minh Các mục tiêu cụ thể bao gồm: - Đánh giá ưu nhược điểm, phạm vi ứng dụng nghiên cứu chọn lựa công nghệ FPI phù hợp với điều kiện sở hạ tầng khác lưới điện phân phối không tích hợp có tích hợp với hệ thống SCADA - Nghiên cứu giải thuật xây dựng chương trình xác định số lượng vị trí lắp đặt tối ưu thiết bị FPI lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian điện trung bình lưới điện phân phối, có xem xét đánh giá yếu tố kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn công nghệ thiết bị FPI phù hợp vị trí thích hợp - Ứng dụng kết nghiên cứu để triển khai tính toán cho lưới điện thực tế thuộc Công ty Điện lực Đà Nẵng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài công nghệ FPI thuật toán tối ưu hóa ứng dụng chúng hệ thống điện đại Bên cạnh đó, việc tính toán số độ tin cậy cung cấp điện thực để ứng dụng trình giải toán tối ưu b) Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu đề tài bao gồm: - Nghiên cứu công nghệ FPI ứng dụng nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối thông minh Footer Page of 126 Header Page of 126 - Nghiên cứu phương pháp tính toán tối ưu, tính toán độ tin cậy cung cấp điện - Nghiên cứu lập trình tính toán nhằm ứng dụng hiệu công nghệ FPI cho lưới điện phân phối thông minh Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: thu thập nghiên cứu tài liệu nước đề cập đến vấn đề độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối; phương pháp tối ưu hóa, đặc biệt tối ưu hóa đa mục tiêu - Phương pháp xử lý thông tin: thu thập xử lý thông tin định lượng độ tin cậy lưới điện phân phối thành phố Đà Nẵng - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm - Xem xét ứng dụng phù hợp với lưới điện thực tế 5.Bố cục đề tài Chương 1: Tổng quan lưới điện thông minh độ tin cậy cung cấp điện Chương 2: Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn để giải toán tối ưu đa mục tiêu Chương 3: Xây dựng chương trình tính toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cho lưới điện phân phối thông minh Chương 4: Tính toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cho xuất tuyến 471 Ngũ Hành Sơn thuộc lưới điện phân phối thành phố Đà Nẵng 6.Tổng quan tài liệu nghiên cứu Tác giả sử dụng nguồn sách, báo, tạp chí nước để nghiên cứu lý thuyết tối ưu, lý thuyết di truyền thuật toán có liên quan đến việc tìm kiếm nghiệm cho toán tối ưu đa mục tiêu Footer Page of 126 Header Page of 126 Bên cạnh đó, tác giả thu thập số liệu từ đơn vị quản lý vận hành lưới điện thông tin đặc điểm trạng lưới điện, thông tin thống kê công tác vận hành Từ tổng hợp xử lý số liệu thu thập để phục vụ nghiên cứu, đánh giá phân tích CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH VÀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN THÔNG MINH 1.1.1 Định nghĩa lƣới điện thông minh Lưới điện thông minh hệ thống điện đại hóa để giám sát, bảo vệ tối ưu cách tự động thành phần tham gia từ nguồn điện tập trung phân tán, lưới điện truyền tải phân phối đến hộ sử dụng điện nhằm đảm bảo trình cung cấp sử dụng điện tối ưu, tin cậy đảm bảo chất lượng 1.1.2 Mục tiêu phát triển lƣới điện thông minh Việt Nam a) Mục tiêu tổng quát Phát triển lưới điện thông minh với công nghệ đại nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện, góp phần cho công tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn lưới điện, tăng cường khai thác hợp lý nguồn tài nguyên lượng, đảm bảo an ninh lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường phát triển kinh tế- xã hội bền vững [1] b) Mục tiêu cụ thể 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN 1.2.1 Khái niệm độ tin cậy hệ thống điện Độ tin cậy xác suất để hệ thống (hoặc phần tử) hoàn thành Footer Page of 126 Header Page of 126 triệt để nhiệm vụ giao khoảng thời gian định điều kiện vận hành định [12] 1.2.2 Các tiêu đánh giá độ tin cậy hệ thống điện Những tiêu thường dùng để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện tới khách hàng tần suất điện hay cường độ điện, thời gian lần điện giá trị thiệt hại khách hàng khoảng thời gian điện 1.2.3 Các thông số độ tin cậy a) Cường độ hỏng hóc hệ thống (λ) b) Cường độ phục hồi hệ thống ( ) c) Thời gian làm việc an toàn trung bình (Tlv) d) Thời gian sửa chữa trung bình (TS) e) Hệ số sẵn sàng (A) 1.2.4 Một số phƣơng pháp đánh giá độ tin cậy sơ đồ cung cấp điện a) Phương pháp đồ thị giải tích b) Phương pháp không gian trạng thái c) Phương pháp hỏng hóc d) Phương pháp Monte-Carlo Mỗi phương pháp có ưu riêng cho loại toán Bài toán độ tin cậy lưới điện phân phối sử dụng phương pháp không gian trạng thái phối hợp với phương pháp đồ thị - giải tích có hiệu 1.2.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến độ tin cậy - Cường độ hỏng hóc phần tử hệ thống - Sự thao tác để cô lập phần tử hỏng phục hồi hoạt động phần tử không hỏng - Trạng thái thiết bị (máy cắt, dao cách ly): đóng, mở - Việc bảo quản định kì thiết bị Footer Page of 126 Header Page of 126 1.3 TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.3.1 Các tiêu đánh giá độ tin cậy lƣới điện phân phối a) Tần suất điện trung bình hệ thống - SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) ∑ ∑ (1.13) b) Thời gian điện trung bình hệ thống - SAIDI (System Average Interruption Duration Index) ∑ ∑ (1.14) c) Tần suất điện trung bình thoáng qua hệ thống MAIFI (System Average Interruption Frequency Index) ∑ (1.15) ∑ Ở đây: - λ cường độ điện trì nút phụ tải thứ i i - i cường độ điện thoáng qua nút phụ tải thứ i - T thời gian điện trung bình hàng năm nút phụ tải i thứ i - N số khách hàng phụ tải thứ i i 1.3.2 Các sơ đồ dùng để tính toán độ tin cậy lƣới điện phân phối a) Lưới điện hình tia không phân đoạn: b) Lưới điện hình tia rẽ nhánh có bảo vệ cầu chì c) Lưới điện hình tia phân đoạn dao cách ly rẽ nhánh có bảo vệ cầu chì d) Lưới điện hình tia phân đoạn máy cắt rẽ nhánh có bảo vệ cầu chì e) Lưới điện phân phối kín vận hành hở f) Footer Page of 126 Header Page of 126 1.4 KẾT LUẬN Trong chương tác giả trình bày thông tin tổng quan lưới điện thông minh, bao gồm định nghĩa lưới điện thông minh mục tiêu phát triển lưới điện thông minh Việt Nam Bên cạnh đó, tác giả giới thiệu độ tin cậy cung cấp điện phương pháp phân tích số độ tin cậy cho lưới điện phân phối điển hình, có xét đến ảnh hưởng thiết bị phân đoạn CHƢƠNG THUẬT TOÁN TỐI ƢU HÓA BẦY ĐÀN ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN TỐI ƢU ĐA MỤC TIÊU 2.1 TỔNG QUÁT BÀI TOÁN TỐI ƢU ĐA MỤC TIÊU 2.1.1 Tối ƣu đa mục tiêu Có nhiều cách để biểu diễn toán tối ưu đa mục tiêu, phạm vi luận văn tác giả biểu diễn toán tối ưu N mục tiêu [3] Min y  F  x    f1  x  , f2  x  , ., fn  x  Rµng buéc T gi  x   0, i  1, 2, ., M, (2.1) Ở đây: ⃗   Trong biểu thức (2.1), ⃗ vector hàm đối tượng, gi biểu diễn ràng buộc, ⃗ vector định biểu diễn biến định không gian tham số  2.1.2 Tối ƣu Pareto Xem xét toán tối ưu cực tiểu cho hàm mục tiêu biểu diễn theo công thức toán học (2.2).[3] Min I(x)  [I1(x), I2(x)] (2.2) Ràng buộc: Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 Gj(x)  0;j = 1, 2, …, J; hk(x) = 0;k = 1, 2,… , K; a) Khái niệm Pareto Một nghiệm thuộc tập Pareto nghiệm khác cải thiện hàm đối tượng mà không làm giảm hàm đối tượng khác Pareto trội dùng để so sánh xếp thứ hạng cho vector định b) Sắp xếp nghiệm không trội (Non - Dominated sort) Để gán độ thích nghi cá thể quần thể, thường gán cho cá thể vào thứ hạng tương ứng cách xếp cá thể phù hợp vào biên chứa nghiệm không trội 2.2 THUẬT TOÁN TỐI ƢU HÓA BẦY ĐÀN 2.2.1 Giới thiệu thuật toán tối ƣu hóa bầy đàn Tối ưu hóa bầy đàn (PSO) số phương pháp tối ưu dựa dân số bầy đàn đề xuất J.Kennedy R.Eberhart vào năm 1995 PSO công cụ tối ưu cung cấp quy trình tìm kiếm dựa bầy đàn mà cá thể thay đổi vị trí theo thời gian Sự điều chỉnh tốc độ vị trí cá thể tính toán cách sử dụng vận tốc khoảng cách từ pbest đến gbest theo công thức (2.4) (2.5) [7]: Vidk 1  Vi k  c1rand1  ( Pbestidk - X idk )  c2 rand2  (Gbestd k - X idk ) (2.4) (2.5) X idk 1  X idk  Vidk 1 Với: Vidk vận tốc cá thể thứ i bước lặp thứ k; - ω hệ số quán tính; - c1 c2 hệ số gia tốc; - rand1 rand2 số ngẫu nhiên 1; - Xidk vị trí cá thể thứ i bước lặp k; - pbestik vị trí tốt cá thể i xét đến bước lặp k; Footer Page 10 of 126 Header Page 13 of 126 11 2.3 THUẬT TOÁN TỐI ƢU HÓA BẦY ĐÀN CHO TOÁN TỐI ƢU ĐA MỤC TIÊU 2.3.1 Giới thiệu Thuật toán bầy đàn (PSO) cần phải hiệu chỉnh phù hợp để giải toán đa mục tiêu Như ta biết, lời giải cho toán đa mục tiêu nghiệm đơn Thay vào đó, tối ưu hóa đa mục tiêu, ta cần tìm hệ thống lời giải khác (tập tối ưu Pareto) 2.3.2 Sơ đồ khối thuật toán bầy đàn cho toán tối ƣu đa mục tiêu Sơ đồ thuật toán bầy đàn cho toán tối ưu đa mục tiêu (MOPSO) thể hình 2.11 Footer Page 13 of 126 12 Header Page 14 of 126 Bắt đầu Khởi tạo quần thể (các particle) Đánh giá phần tử Tìm tập nghiệm không trội lưu vào nhớ Chọn phần tử lãnh đạo Cập nhật vận tốc vị trí phần tử Áp dụng thuật toán đột biến để tăng tính đa dạng Tính hàm thích nghi No Phần tử xét trội tương đương pBest trước đó? Yes Cập nhật pBest Cập nhật gBest Đã có kết đủ số vòng lặp? No Yes Xuất kết Kết thúc Hình 2.11 Sơ đồ khối thuật toán bầy đàn đa mục tiêu Footer Page 14 of 126 Header Page 15 of 126 13 2.4 KẾT LUẬN Trong chương này, học viên trình bày lý thuyết toán tối ưu hóa đa mục tiêu giải pháp để giải toán tối ưu đa mục tiêu Học viên xây dựng sơ đồ khối thuật toán nhằm giúp người đọc hiểu rõ trình thực thuật toán CHƢƠNG XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÔNG MINH 3.1 CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ (FPI) 3.1.1 Định nghĩa thiết bị thị cố Thiết bị thị cố FPI (Fault Passage Indicator) thường cảm biến dòng điện Khi xảy cố thiết bị hiển thị tín hiệu (thường đèn) thông tin cố báo trung tâm điều khiển thông qua kênh truyền thông (khi thiết bị có kết nối SCADA) giúp nhân viên vận hành nhanh chóng tìm điểm cố để cách ly, sửa chữa đoạn bị cố, khôi phục hoạt động cho đoạn không bị cố tiếp tục làm việc [6] 3.1.2 Nguyên tắc hoạt động FPI Thiết bị FPI hoạt động dòng điện qua có giá trị vượt giá trị cài đặt trước (dòng điện thời gian đặt) 3.1.3 Các chức FPI - Xác định dòng điện qua vị trí đặt FPI - Xác định loại cố - Báo tín hiệu trung tâm điều khiển thông qua SCADA - Tín hiệu đèn báo thiết bị điểm cố 3.1.4 Phân loại công nghệ FPI a) Theo loại đường dây Footer Page 15 of 126 Header Page 16 of 126 14 b) Theo vị trí lắp đặt FPI c) Theo công nghệ sử dụng 3.2 MÔ HÌNH THIẾT BỊ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Các thiết bị FPI giới hạn khu vực mà nhân viên vận hành phải tìm kiếm xảy cố Các khu vực phải tìm kiếm giới hạn lại thiết bị FPI [6] Giả sử xuất tuyến hình 3.1: Hình 3.1 Mô hình tính toán lắp đặt FPI lưới điện Khi lắp số lượng n FPI vào lưới điện n FPI chia lưới điện thành n+1 vùng nhỏ Khi thời gian xác định điểm cố vùng ts(i) tính theo công thức (3.1)[6]: l (3.1) ts  i   ts ni1  j 1l j Với: - li : tổng chiều dài vùng thứ i - ts: thời gian trung bình ban đầu để xác định điểm cố chưa đưa FPI vào 3.3 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY CỦA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.3.1 Cơ sở lý thuyết tính toán độ tin cậy lƣới điện phân phối Luận văn đề cập đến mô hình để xác định độ tin cậy nguyên nhân cố gây nên Trên sở mô hình toán học xây dựng sau [5]: - Trong sơ đồ lưới điện phân phối, nhánh nối từ hai nút, nút Footer Page 16 of 126 15 Header Page 17 of 126 nguồn đánh số 0, nút lại đánh số từ đến n - Vị trí thiết bị phân đoạn sử dụng tên nhánh - Sử dụng hai toán tử P(i,j) S(i,j), để xây dựng công thức toán học tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối Trong sơ đồ lưới điện phân phối, nhánh p(i) ký hiệu liền kề trước nhánh thứ i, s(i) ký hiệu liền kề sau nhánh thứ i Toán tử P(i,j) định nghĩa tập hợp tất nhánh phía trước nhánh i mà nhánh thứ j P(i,j) = P{i, p(i), p(p(i)), p(p(p(i))), … , j} (3.4) Toán tử S(i,j) định nghĩa tập hợp tất nhánh phía sau nhánh i mà điểm cuối nhánh thứ j S(i,j) = S{i, s(i), s(s(i)), s(s(s(i))), … , j} (3.5) 3.3.2 Mô hình tính toán số SAIDI lƣới điện phân phối a) Công thức tính toán Hàm mục tiêu SAIDI thiết lập theo công thức (3.6)[2] (3.6) SAIDI  SAIDI ĐZ  SAIDITBPĐ  SAIDITBA Trong đó: SAIDIĐZ điện gây SAIDITBPĐ điện gây : Chỉ số SAIDI đoạn đường dây lưới : Chỉ số SAIDI vị trí TBPĐ lưới SAIDITBA : Chỉ số SAIDI trạm biến áp phân phối gây Biểu thức (3.6) triển khai công thức (3.7) SAIDI  ∑ [∑ ( [( ) ] (∑ ∑ Footer Page 17 of 126 ∑ ( ) ∑ ) (∑ ) ) ] (3.7) Header Page 18 of 126 16 Trong đó: NT : Tổng số khách hàng ns: Tổng số nhánh lưới điện phân phối nsw: Tổng số thiết bị phân đoạn ntr: Tổng số TBA phân phối lưới điện Suất hỏng hóc trì nhánh thứ i (lần/km/năm) i: : Suất hỏng hóc TBPĐ thứ h (lần/năm) : Suất hỏng hóc cầu chì TBA phân phối thứ h (lần/năm) : Suất hỏng hóc TBA phân phối thứ k (lần/năm) Suất hỏng hóc thoáng qua nhánh thứ i i: (lần/km/năm) li : Chiều dài nhánh thứ i (km) Nj, Nk: Số khách hàng nút phụ tải thứ j, k : Thời gian trung bình thao tác để cô lập cố nhánh thứ : : i Thời gian trung bình để sửa chữa cố nhánh thứ i Thời gian trung bình thao tác để cô lập cố TBPĐ thứ h Thời gian trung bình để sửa chữa cố TBPĐ thứ h Thời gian trung bình để sửa chữa cố TBA thứ k b) Xác định vùng điện cố đoạn đường dây c) Xác định vùng điện cố TBPĐ gây 3.4 XÂY DỰNG CÁC HÀM MỤC TIÊU Min F(x) ≡ [F1(x), F2(x)] 3.4.1 Hàm mục tiêu kinh tế ∑ Min F1 = CFI Trong đó: Footer Page 18 of 126 (3.18) (3.19) (3.20) Header Page 19 of 126 17 - Ωc: tập hợp vị trí lắp đặt FPI - CjFI: chi phí lắp đặt FPI vị trí - αj: biến nhị phân xác định có lắp đặt FPI vị trí j hay không 3.4.2 Hàm mục tiêu độ tin cậy Min F2 = SAIDI (3.21) Với SAIDI lưới điện tính toán trình bày 3.4.3 Xác định ràng buộc Các ràng buộc có toán bao gồm: - Các thiết bị FPI không đặt vị trí máy cắt recloser - Ràng buộc số lượng thiết bị FPI lắp đặt lưới theo yêu cầu đơn vị quản lý vận hành - Ràng buộc khoảng cách tối thiểu FPI - Ràng buộc nhánh lưới điện lắp đặt FPI (do tình hình thực tế yêu cầu chủ quan đơn vị quản lý vận hành) - Ràng buộc kinh phí tối đa đầu tư lắp đặt FPI 3.5 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Chương trình tính toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cho lưới điện phân phối xây dựng dựa lý thuyết tối ưu hóa đa mục tiêu, tối ưu Pareto Chương trình ứng dụng thuật toán bầy đàn đa mục tiêu đề cập chương để lập trình tính toán xác định phương án tối ưu đáp ứng hàm mục tiêu ràng buộc Footer Page 19 of 126 Header Page 20 of 126 18 3.5.1 Giải thích thuật toán chƣơng trình Bước Nhập số liệu lưới điện Bước 2: Nhập thông số liên quan đến thuật toán MOPSO Bước Khởi tạo quần thể ban đầu Bước Kiểm tra điều kiện ràng buộc Bước Tính toán hàm mục tiêu Bước Xác định các nghiệm ưu việt phân bố biên Pareto Bước Lựa chọn nghiệm ưu việt để hình thành quần thể Bước Cập nhật vận tốc vị trí cho phần tử Bước Tính hàm thích nghi cho phần tử quần thể Bước Cập nhật tập nghiệm ưu việt lưu nhớ Bước 10 Cập nhật pbest cho phần tử Bước 11 Kiểm tra điều kiện dừng (đã đạt đến số lượng vòng lặp cho trước) Nếu chưa thỏa mãn điều kiện dừng quay lại bước Bước 12 Quyết định tập nghiệm tối ưu: sử dụng phương án trọng số nhằm giới hạn lại số cá thể cần chọn tập nghiệm [2] F  min( wCost i Costi  Costmin SAIDI i  SAIDI (3.22)  wSAIDI ) Costmax  Costmin SAIDI max  SAIDI Với: (3.23) wCost  wSAIDI  Trong wCost , wSAIDI trọng số tùy mức độ quan trọng quan điểm quản lý vận hành Bước 13 Xuất kết giải pháp bố trí FPI tối ưu 3.5.2 Xây dựng chƣơng trình tính toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đƣờng cố cho lƣới điện phân phối Từ thuật toán nêu mục trên, học viên xây dựng chương trình tính toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cho lưới điện phân phối ngôn ngữ lập trình Matlab, với Footer Page 20 of 126 Header Page 21 of 126 19 tên gọi SmartFPI a) Giao diện chương trình b) Sử dụng chương trình SmartFPI 3.6 KẾT LUẬN Trong chương 3, học viên trình bày mô hình toán học ảnh hưởng công nghệ FPI lưới điện phân phối Trên tảng với lý thuyết tập hợp, logic mối tương quan thiết bị phân đoạn, học viên trình bày phương pháp tính toán số độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện Trên sở đó, học viên xây dựng hàm mục tiêu ràng buộc toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cho lưới điện phân phối thông minh Học viên ứng dụng thuật toán tối ưu hóa bầy đàn đa mục tiêu để xây dựng giải thuật lập trình xây dựng chương trình giải vấn đề nêu CHƢƠNG TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO XUẤT TUYẾN 471 NGŨ HÀNH SƠN THUỘC LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 4.1 TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 4.1.1 Đặc điểm lƣới điện phân phối thành phố Đà Nẵng Thành phố Đà Nẵng nhận điện từ Trạm biến áp 500kV Đà Nẵng (E51) qua 09 Trạm biến áp 110, 220 kV (Hòa Khánh, Hòa Khánh 2, Liên Chiểu, Xuân Hà, Liên Trì, Cầu Đỏ, Quận Ba, An Đồn, Hoà Liên) trạm trung gian Cầu Đỏ với tổng công suất đặt 755 MVA, 70 xuất tuyến 22kV phân bố trải địa bàn Footer Page 21 of 126 20 Header Page 22 of 126 4.1.2 Chế độ vận hành lƣới phân phối 22kV thành phố Đà Nẵng Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, xuất tuyến 22kV liên lạc với điểm mở dao cách ly, dao cách ly có tải recloser tạo nên cấu trúc mạch vòng vận hành hở, chủ yếu để phục vụ chuyển tải cấp điện cắt điện công tác xử lý cố 4.2 TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO XUẤT TUYẾN 471 QUẬN BA THUỘC LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 4.2.1 Thông số chung chƣơng trình a) Thông số kỹ thuật lưới điện Bảng 4.1: Bảng kê suất hỏng hóc thời gian sửa chữa phần tử lưới điện Thiết bị Suất cố thoáng qua (lần/năm) 0.1352 (*) 0.0623 (*) Dây dẫn trần Cáp bọc trung áp Cáp ngầm trung áp Trạm biến áp phân phối Máy cắt trạm Máy cắt Recloser Dao cắt có tải Dao cách ly Cầu chì tự rơi trung áp (*): Đơn vị (lần/km/năm) Suất cố vĩnh cửu (lần/năm) 0.0748 (*) 0.0672 (*) 0.0014 (*) 0.0200 0.0470 0.0010 0.0010 0.0500 0.0133 Thời gian sửa chữa (phút) 30 30 240 120 60 60 60 60 30 Để đơn giản lập trình tính toán, xem xét thời gian thao tác TBPĐ trung bình để cô lập cố chuyển tải 20 (phút) b) Thông số cấu trúc lưới điện xuất tuyến 471 Ngũ Hành Sơn: - Các nhánh lắp đặt máy cắt recloser phân đoạn: 1, 25, Footer Page 22 of 126 Header Page 23 of 126 21 36, 80, 102 - Các nhánh lắp đặt dao cách ly: 12, 19, 26, 55, 106, 111, 130 - Các nhánh lắp đặt LBS: không - Các nhánh lắp đặt cầu chì tự rơi phân đoạn: 52, 54 - Các nhánh liên lạc với đường dây khác: 3, 73, 114 - Công suất phụ tải cực đại: 7.8 MW 4.2.2 Kết thực chƣơng trình a) Giả thiết - Số vòng lặp tối đa: 100 vòng lặp - Số cá thể quần thể: 100 cá thể - Số cá thể tập nghiệm ưu việt: 15 cá thể - Trọng số lựa chọn theo tiêu kinh tế: 0.7 - Trọng số lựa chọn theo tiêu kỹ thuật: 0.3 - Suất đầu tư cho FPI thường: 15 triệu đồng/bộ - Suất đầu tư cho FPI có kèm theo hệ thống SCADA: 45 triệu đồng/bộ - Giới hạn số lượng kinh phí lắp đặt: không giới hạn Kết tính toán phân bố nghiệm ưu việt biên Pareto vòng lặp cuối thể hình 4.1 Với giả thiết trên, chương trình cho kết phương án tối ưu là: - Lắp đặt FPI vị trí nhánh: 8, 17, 23, 29, 41, 82, 87, 93, 122 - Không lắp đặt thiết bị FPI kèm theo SCADA Footer Page 23 of 126 22 Header Page 24 of 126 Hình 4.1 Kết phương án tối ưu với giả thiết - Chỉ số SAIDI lưới điện trước lắp đặt FPI: 118,4565 phút - Chỉ số SAIDI lưới điện trước lắp đặt FPI: 75,0951 phút - Tổng kinh phí đầu tư: 135 triệu đồng Bảng 4.4: Bảng tính hiệu đầu tư với giả thiết Trước đặt lắp Sau lắp đặt SAIDI (phút) Điện không cung cấp (kWh) Thành tiền (đồng) 118,4565 15399,345 26.255.883,23 75,0951 9762,363 16.644.828,92 Giá trị làm lợi năm (đồng) 9.611.054,31 Tổng mức đầu tư (đồng) 135.000.000 Thời gian hoàn vốn (năm) b) Giả thiết c) Giả thiết Footer Page 24 of 126 14,05 Header Page 25 of 126 23 - Số vòng lặp tối đa: 10 vòng lặp - Số cá thể quần thể: cá thể - Số cá thể tập nghiệm ưu việt: cá thể - Trọng số lựa chọn theo tiêu kinh tế: 0.1 - Trọng số lựa chọn theo tiêu kỹ thuật: 0.9 - Suất đầu tư cho FPI thường: 15 triệu đồng/bộ - Suất đầu tư cho FPI có kèm theo hệ thống SCADA: 45 triệu đồng/bộ - Giới hạn số lượng FPI lắp đặt lưới điện: thiết bị - Giới hạn kinh phí lắp đặt: 250 triệu đồng Với giả thiết trên, chương trình cho kết phương án tối ưu là: - Lắp đặt FPI vị trí nhánh: 8, 18, 32, 40, 85 - Các nhánh sử dụng FPI kèm theo công nghệ SCADA: 8, 18, 40 - Chỉ số SAIDI lưới điện trước lắp đặt FPI: 118,4565 phút - Chỉ số SAIDI lưới điện trước lắp đặt FPI: 70.5396 phút - Tổng kinh phí đầu tư: 165 triệu đồng KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tính toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện vấn đề quan trọng công tác quy hoạch, thiết kế vận hành lưới điện phân phối Đề tài nghiên cứu đưa phương pháp để giải vấn đề sở Footer Page 25 of 126 Header Page 26 of 126 24 phương pháp tối ưu hóa Luận văn trình bày mô hình toán học tảng lý thuyết tập hợp logic mối quan hệ ràng buộc thiết bị phân đoạn máy cắt, dao cách ly, cầu chì tự rơi, dao cắt có tải lưới điện phân phối để tính toán độ tin cậy Tác giả nghiên cứu lý thuyết tối ưu Pareto, thuật toán tối ưu hóa bầy đàn đa mục tiêu từ xây dựng thuật toán tính toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cụ thể hóa chương trình lập trình phần mềm Matlab Chương trình trở thành công cụ giúp cho Công ty Điện lực đánh giá, tối ưu hóa số độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối Luận văn sử dụng lưới điện xuất tuyến 471 Ngũ Hành Sơn làm đối tượng nghiên cứu việc bố trí tối ưu thiết bị báo đường cố thông qua chương trình tìm kiếm vị trí lắp đặt tối ưu lựa chọn công nghệ tối ưu cho thiết bị phân đoạn Kết tính toán phân tích chi tiết cho trường hợp cụ thể hoàn toàn phù hợp với thực tiễn vận hành lưới điện Kiến nghị Trên tảng thuật toán tối ưu hóa bầy đàn đa mục tiêu mô hình tính toán độ tin cậy lưới điện phân phối mà tác giả đề cập chương 3, tiếp tục nghiên cứu mở rộng hoàn thiện toán tối ưu độ tin cậy cho lưới điện phân phối có đánh giá yếu tố hiệu đầu tư dự án Với toán cần nghiên cứu sâu chi phí phạt tiền điện cố chi phí phạt không đảm bảo số độ tin cậy Do thời gian khả hạn chế tác giả, nên có số vấn đề chưa khai thác triệt để, nhiều vấn đề tiếp tục mở rộng để hoàn thiện toán tối ưu hóa cho lưới điện phân phối thông minh Footer Page 26 of 126 Header Page 27 of 126 Footer Page 27 of 126 ... toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cho lưới đi n phân phối thông minh Chương 4: Tính toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cho xuất tuyến 471 Ngũ Hành Sơn thuộc lưới đi n phân phối. .. TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ CHO LƢỚI ĐI N PHÂN PHỐI THÔNG MINH 3.1 CÔNG NGHỆ CHỈ BÁO ĐƢỜNG ĐI SỰ CỐ (FPI) 3.1.1 Định nghĩa thiết bị thị cố Thiết bị thị cố FPI (Fault... tin cậy cung cấp đi n cho lưới đi n Trên sở đó, học viên xây dựng hàm mục tiêu ràng buộc toán ứng dụng hiệu công nghệ báo đường cố cho lưới đi n phân phối thông minh Học viên ứng dụng thuật toán