Đề xuất phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY
ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
PROPOSED METHOD OF CONFIGURING DISTRIBUTION NETWORK ENHANCING RELIABILITY
IN POWER SUPPLY
Trương Việt Anh1, Nguyễn Tùng Linh2,*
lưới điện trực tiếp cung cấp nguồn điện đến khách hàng
hay phụ tải. Chính vì vậy mà độ tin cậy cung cấp điện của
LĐPP cực kỳ quan trọng. Điều này có thể thấy được ở nước
Brazil năm 1999, Mỹ và Canada năm 2003. Mới nhất là sự cố
mất điện ở Ấn Độ vào tháng 7 năm 2012 làm gần 10% dân
số thế giới phải sống trong bóng tối, chưa kể đến vô số hậu
quả như mất nước, tắc nghẽn giao thông, bệnh viện ngừng
phẫu thuật, gây chú ý trên toàn cầu. Ở Việt Nam thì sự cố
TÓM TẮT
Trong lưới điện phân phối, bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối để đạt
được chi phí vận hành, đặc biệt là chi phí ngưng cung cấp điện nhỏ nhất mà vẫn
đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng luôn là bài toán quan trọng
trong thực tế. Bài báo trình bày phương pháp tìm và mở các khóa điện để đạt cấu
hình được lưới điện phân phối có chi phí vận hành và chi phí ngưng cung cấp điện
nhỏ nhất, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Phương pháp đề xuất
được kiểm chứng trên hai lưới điện mẫu 7 nút và 33 nút của IEEE. Kết quả mô
phỏng xác định được cấu hình các lưới điện có chi phí vận hành và chi phí ngưng
mất điện vào tháng 5 năm 2013 gây mất điện toàn miền
Nam gây ra thiệt hại về kinh tế cho đất nước và ảnh hưởng
cung cấp điện nhỏ nhất, phương pháp để xuất được so sánh với phương pháp sử
đến đời sống sinh hoạt của người dân. Những nguyên nhân
dụng thuật toán GSA cho thấy độ tin cậy cung cấp điện cao cho thấy phương
gây nên mất điện thường là do tác động của môi trường
pháp đề xuất có tính chính xác và khả năng ứng dụng trong thực tế.
(sét, mưa, gió, bão, tuyết,...), hư hỏng của thiết bị điện, lỗi
Từ khóa: Lưới điện phân phối; tổn thất công suất; độ tin cậy, chi phí vận hành
lưới điện phân phối.
trong vận hành và cả trong thiết kế, hoạch định phát triển
hệ thống điện [7].
Độ tin cậy của hệ thống điện được hiểu là khả năng của
hệ thống đảm bảo việc cung cấp đầy đủ và liên tục điện
năng cho các hộ tiêu thụ với chất lượng (điện áp, tần số)
hợp chuẩn [1]. Độ tin cậy cung cấp điện rất được xem trọng
vì nó được ràng buộc trong hợp đồng giữa công ty điện lực
và khách hàng tiêu thụ điện. Trong những năm trở lại đây,
với yêu cầu phải đáp ứng được nguồn năng lượng điện liên
tục cho phát triển kinh tế và phục vụ đời sống nhân dân
đang phát triển nhanh. Đòi hỏi các công ty sản xuất và vận
hành các hệ thống điện phải đánh giá chính xác độ tin cậy
cung cấp điện trong hệ thống đang quản lý.
ABSTRACT
In the distribution grid, the problem of reconfiguring the distribution grid to
achieve operating costs, especially the minimum cost of stopping the power
supply while ensuring the reliability of power supply to customers is always a
problem. math is important in practice. The paper presents the method of
finding and unlocking electric locks to achieve the configuration of the
distribution grid with the smallest operating costs and stopping costs of power
supply, and improving the reliability of power supply. The proposed method was
tested on two IEEE 7- and 33-node sample grids. Simulation results determine
the configuration of the grids with the smallest operating costs and power
supply shutdown costs, the output method is compared with the method using
GSA algorithm to show the reliability of power supply. It shows that the
proposed method has accuracy and applicability in practice.
Trong thực tế mục tiêu của bài toán tái cấu trúc lưới
điện phân phối là đi tìm ra một cấu trúc lưới điện có những
lợi ích về mặt kinh tế là lớn nhất nhưng vẫn đảm bảo về
mặt kỹ thuật để lưới điện phân phối vận hành ổn định
trong điều kiện vận hành bình thường cũng như sự cố.
Những lợi ích về mặt kinh tế bao gồm cả chi phí tổn thất
trên lưới điện, chi phí chuyển tải (đóng cắt các khóa điện)
chi phí thiệt hại của khách hàng do bị ngừng cung cấp điện
và cả chi phí không bán được điện của công ty điện lực.
Việc ngừng (gián đoạn) cung cấp điện cho khách hàng và
công ty điện lực không bán được điện phụ thuộc nhiều vào
độ tin cậy cung cấp điện của từng phần tử tạo nên cấu trúc
lưới điện phân phối. Điều này thể hiện qua chỉ tiêu độ tin
cậy cung cấp điện của lưới phân phối ENS (thiếu hụt năng
lượng điện). Như vậy, đi tìm lời giải cho bài toán tái cấu trúc
Keywords: Distribution network;power loss; reliability; reconfiguration
distribution network.
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
2Trường Đại học Điện lực
Ngày nhận bài: 27/3/2021
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 20/5/2021
Ngày chấp nhận đăng: 25/6/2021
1. GIỚI THIỆU
Lưới điện phân phối (LĐPP) luôn đóng vai trò quan
trọng trong hệ thống điện của bất kỳ quốc gia nào. LĐPP là
3
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
lưới để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cũng chính là tìm
ra cấu trúc lưới phân có chi phí vận hành và chi phí ngừng
cung cấp điện là bé nhất.
Chi phí cho tổn hao công suất trên lưới điện [2]:
ꢆ
∑
Cꢀꢁꢂꢃ = Cꢄ. ∆P = Cꢄ. Rꢅ . I
(1)
S
ꢅ
Trong đó:
Năm 2002, Peng Wang và Roy Billinton [9] đã nghiên
cứu phân chia thời tiết thành hai trạng thái: bình thường và
không bình thường, để xem xét tác động của thời tiết, các
thông số trên các phần tử đã được đưa vào hệ số ảnh
hưởng. Các tổ chức khoa học kỹ thuật điện uy tín trên thế
giới như IEEE - Institue of Electrical and Electronic
Enginneer, EEI - Edison Electric Institue, EPRI - Electric
Power Reasearch Instute và CEA - Canadian Electric
Asociation đã đưa ra các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện và
đã được áp dụng ở nhiều nước trên thế giới. Phần lớn các
nước trên thế giới đang áp dụng các chỉ số SAIFI, SAIDI,
CAIFI, CAIDI để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện và hiện
nay Việt Nam đang triển khai áp dụng các chỉ số SAIDI,
SAIFI, MAIFI để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện.
Trong nghiên cứu này, dựa trên việc xây dựng hàm mục
tiêu và các điều kiện ràng buộc nâng cao độ tin cậy cung
cấp điện bằng phương pháp xác định cấu hình tối ưu cho
lưới điện phân phối. Phương pháp để xuất được thực hiện
kiểm chứng trên lưới mẫu IEEE và lưới điện thực thế tại Việt
Nam cho kết quả tin cậy.
Cthcs là chi phí tổn hao công suất trên toàn lưới điện.
C1 là đơn giá bán điện thông thường của một phụ tải
($/kW).
∆P là tổng tổn thất công suất trên lưới điện.
S
Rꢅ là tổng trở của nhánh i.
Iꢅ là dòng điện của nhánh i.
Chi phí ngưng cung cấp điện [2]:
∑
Cꢇꢂꢂꢈ = Cꢆ lꢅ . Iꢅ. tꢅ
Trong đó:
Cnccd là chi phí ngưng cung cấp điện.
(2)
C2 là đơn giá điện năng khi ngừng cung cấp điện, hay
còn gọi là đơn giá vi phạm hợp đồng cung cấp điện của
phụ tải ($/kWh). Đơn giá này thường cao gấp nhiều lần so
với đơn giá bán điện thông thường C1.
lꢅ là tần suất sự cố tại nút I, Iꢅ là dòng điện của nhánh I,
tꢅ là thời gian khắc phục sự cố nút i.
Bài toán tái cấu hình LĐPP nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện phải xét đến chi phí tổn hao công suất (chi phí vận
hành) và chi phí ngưng cung cấp điện. Vì vậy, phải xây
dựng hàm mục tiêu bao gồm cả hai yếu tố trên [2]:
ꢆ
2. MÔ HÌNH BÀI TOÁN
Bài toán tái cấu hình LĐPP được áp dụng rất nhiều vì
vốn đầu tư ban đầu không lớn lại đáp ứng các chỉ tiêu kỹ
thuật và kinh tế. Tái cấu hình LĐPP là việc thay đổi trạng
thái của các khóa điện. Việc thay đổi các khóa điện này phải
đảm bảo các điều kiện ràng buộc về kỹ thuật, đồng thời
phải đảm bảo tổn thất công suất trên lưới là bé nhất, đáp
ứng chỉ tiêu cực tiểu chi phí vận hành. Không chỉ dừng lại ở
∑
∑
F = Cꢀꢀ + Cꢇꢂꢂꢈ = Cꢄ. Rꢅ . Iꢅ + Cꢆ lꢅ . Iꢅ. tꢅ
(3)
Nếu khảo sát trong 1 năm thì hàm mục tiêu là [2]:
ꢊꢋꢌ
ꢇ
∑
∑
F = Cꢄ.
∆P + Cꢆ.
lꢅ. tꢅ. P
(4)
ꢉ
ꢅ
ꢉꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
Vận hành LĐPP hở với mục tiêu cực tiểu chi phí vận
đó, tái cấu hình LĐPP còn nhằm mục đích là tìm ra được hành và ngưng cung cấp, còn phải thỏa mãn các điều kiện
cấu hình lưới điện có chi phí ngưng cung cấp điện bé nhất sau:
hay nói cách khác là độ tin cậy cung cấp điện lớn nhất. Nếu
Điện áp tại mỗi nút phải nằm trong giá trị cho phép [2]:
LĐPP đáp ứng được những chỉ tiêu trên thì cả nhà cung cấp
| |
≤ V ≤ V
ꢅ,ꢎꢏꢐ
V
(5)
ꢅ,ꢎꢅꢇ
ꢅ
điện là các công ty điện lực và cả khách hàng đều có lợi.
Như vậy, tái cấu hình LĐPP là tìm ra một cấu hình LĐPP tối
ưu sao cho chi phí vận hành và chi phí ngưng cung cấp
điện là bé nhất bằng cách vận hành đóng mở các khóa điện
đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật như là: cấu hình lưới điện là
hình tia, cung cấp điện cho tất cả phụ tải, điện áp trong
mức cho phép, tổn thất công suất là bé nhất,… và độ tin
cậy cung cấp điện là lớn nhất.
Dòng điện trên mỗi nhánh luôn nằm trong giới hạn cho
phép của đường dây [2]:
| |
Iꢑ ≤ Iꢑ,ꢎꢏꢐ
(6)
Cấu hình lưới phải là hình tia.
Tất cả phụ tải phải được cung cấp điện.
Với: V là điện áp tại nút thứ i.
ꢅ
V
ꢅ,ꢎꢅꢇ, V
là điện áp nhỏ nhất và điện áp lớn
2.1. Xây dựng hàm mục tiêu của bài toán
ꢅ,ꢎꢏꢐ
nhất tại nút thứ i.
Xét LĐPP có cấu hình đơn giản như hình 1.
O
Iꢑ là dòng điện trên nhánh thứ k.
Iꢑ,ꢎꢏꢐ là khả năng mang dòng lớn nhất của đường
dây trên nhánh thứ k.
Xét LĐPP đơn giản như hình 1 có chiều dương là chiều
ngược chiều kim đồng hồ. Khi khóa KMN đóng thì LĐPP ở
chế độ mạch vòng, còn khi khóa KMN mở thì LĐPP vận hành
hình tia. Gọi dòng điện trên các nhánh thứ i là Ii với i = 1, 2,
3,…, n. Khi đóng khóa KMN thì LĐPP là lưới điện kín, giả sử
dòng điện trên các nhánh của OM giảm đi IMN thì dòng điện
K
MN
M
N
Hình 1. Sơ đồ lưới điện đơn giản
4
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY
ꢇ
trên các nhánh ON sẽ tăng lên một lượng là IMN. Lúc này ta
có hàm mục tiêu trong từng trường hợp:
− Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅꢆ − Cꢄ. Rꢔꢕ. Iꢔꢆ ꢕ
ꢅꢍꢄ
Khi chưa mở khóa KMN, LĐPP ở chế độ mạch vòng [2]:
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢇ
ꢇ
ꢇ
Fꢑíꢇ = Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅꢆ + Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅꢆ + Cꢄ. Rꢔꢕ. Iꢔꢆ ꢕ
+Cꢆ. ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ+Cꢆ. ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢔꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
∑
∑
+Cꢆ.
lꢅ. tꢅ. Iꢅ + Cꢆ.
lꢅ. tꢅ. Iꢅ + lꢔꢕ. tꢔꢕ (7)
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
+Cꢆ ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ − Cꢆ. ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢔꢕ
ꢇ
∑
∑
Đối với lưới điện kín thì
lꢅ. tꢅ. Iꢅ +
lꢅ. tꢅ. Iꢅ +
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅ∈ꢓꢕ
l
ꢔꢕ. tꢔꢕ. Iꢔꢕ = 0 vì khi có sự cố trên nhánh thì không có
phụ tải nào mất điện. Vậy ta có [2]:
= Cꢄ. ꢒ Rꢅ( − 2IꢅIꢔꢕ + Iꢔꢕꢆ)
ꢇ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
Fꢑíꢇ = Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅꢆ + Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅꢆ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
+Cꢄ. ꢒ Rꢅꢖ2IꢅIꢔꢕ + Iꢔꢕꢆꢗ − Cꢄ. Rꢔꢕ. Iꢔꢆ ꢕ
+Cꢄ. Rꢔꢕ. Iꢔꢆ ꢕ
(8)
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
Khi mở khóa KMN, LĐPP ở chế độ hình tia [2]:
ꢇ
+Cꢄ. Rꢔꢕ. Iꢔꢆ ꢕ − Cꢄ. Rꢔꢕ. Iꢔꢆ ꢕ−Cꢆ. ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ
ꢆ
(
)
Fꢁở = Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅ − Iꢔꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢇ
ꢇ
ꢇ
ꢇ
ꢆ
+Cꢆ ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ + Cꢆ. Iꢔꢕ ( ꢒ lꢅ. tꢅ − ꢒ lꢅ. tꢅ)
(
)
(
)
+Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅ + Iꢔꢕ + Cꢆ. ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ − Iꢔꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
∑
(
)
ꢇ
ꢇ
+Cꢆ.
lꢅ. tꢅ. Iꢅ + Iꢔꢕ
(9)
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
= Cꢄ. Iꢔꢕꢆ ꢘ ꢒ Rꢅ + ꢒ Rꢅ + Rꢔꢕꢙ
Vận hành LĐPP sao cho chi phí vận hành và chi phí
ngưng cung cấp điện là nhỏ nhất, điều này đồng nghĩa với
làm cho hàm mục tiêu là nhỏ nhất Fꢎꢅꢇ.
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
+2. Cꢄ. Iꢔꢕ( ꢒ Rꢅ. Iꢅ − ꢒ Rꢅ. Iꢅ + Rꢔꢕ. Iꢔꢕ)
LĐPP kín, vừa có tổn thất công suất, tổn thất năng
lượng bé hơn cũng như chi phí đền bù điện năng thấp hơn
LĐPP hình tia nên nếu giá trị DF = Fꢁở − Fꢑíꢇ của LĐPP hở
nào so với LĐPP kín có giá trị bé nhất thì LĐPP hở đấy có
hàm F bé nhất.
So sánh hàm mục tiêu của LĐPP khi vận hành kín và vận
hành hình tia:
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢇ
+Cꢆ( ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ + ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ)
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢇ
+Cꢆ. Iꢔꢕ ( ꢒ lꢅ. tꢅ − ꢒ lꢅ. tꢅ)
DF = Fꢁở − Fꢑíꢇ=
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢇ
ꢆ
ꢆ
(
)
(
)
= Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅ + Iꢔꢕ + Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅ − Iꢔꢕ
Xét lưới thuần trở nên theo định luật K2:
ꢇ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢒ Rꢅ. Iꢅ − ꢒ Rꢅ. Iꢅ + Rꢔꢕ. Iꢔꢕ = 0
ꢅꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
(
)
(
)
+Cꢆ. ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ + Iꢔꢕ + Cꢆ. ꢒ lꢅ. tꢅ. Iꢅ − Iꢔꢕ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢇ
∑
∑
Và: Rꢚꢛꢛꢜ
=
Rꢅ +
Rꢅ + Rꢔꢕ: tổng điện trở
ꢅꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢅ∈ꢓꢔ
các nhánh trong lưới điện kín.
− Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅꢆ − Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅꢆ − Cꢄ. Rꢔꢕ. Iꢔꢆ ꢕ
Ta được:
DF = Cꢄ. Iꢔꢕꢆ. Rꢚꢛꢛꢜ + Cꢆ(
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
ꢇ
∑
∑
lꢅ. tꢅ. Iꢅ +
lꢅ. tꢅ. Iꢅ)
ꢅꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅ∈ꢓꢕ
= Cꢄ. ꢒ Rꢅ( Iꢅꢆ − 2IꢅIꢔꢕ + Iꢔꢕꢆ)
ꢇ
ꢇ
∑
(
∑
+Cꢆ. Iꢔꢕ
lꢅ. tꢅ −
lꢅ. tꢅ) (10)
ꢅꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢇ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢇ
Để DF bé nhất, lấy đạo hàm DF theo Iꢔꢕ ta được:
ꢆ
+Cꢄ. ꢒ Rꢅ(Iꢅꢆ + 2IꢅIꢔꢕ + Iꢔꢕ ) − Cꢄ. ꢒ Rꢅ. Iꢅꢆ
ꢝ
Dꢞ
ꢇ
ꢇ
∑
∑
= 2. Cꢄ. Iꢔꢕ. Rꢚꢛꢛꢜ + Cꢆ (
l
ꢅ. tꢅ −
lꢅ. tꢅ) (11)
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢝꢟ
ꢠꢡ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
Cho đạo hàm bằng 0:
5
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
Giải thuật đổi nhánh được đề xuất lần đầu tiên do
Civalar [6] đề xuất năm 1998 dùng để xác định cấu hình
LĐPP hở có tổn thất công suất bé nhất. Trong nội dung
này, chúng tôi đề xuất áp dụng hàm mục tiêu là hàm F thay
cho hàm tổn thất công suất, xác định khóa mở MN2 để mức
giảm DF của hàm mục tiêu F theo biểu thức (14) là lớn nhất
có thể, từ đó giảm số lần lặp trong một vòng khảo sát.
∂DF
= 0
∂Iꢔꢕ
ꢇ
ꢇ
∑
∑
Û
2. Cꢄ. Iꢔꢕ. Rꢚꢛꢛꢜ + Cꢆ (
l
ꢅ. tꢅ −
lꢅ. tꢅ) = 0 (12)
ꢅꢍꢄ
ꢅꢍꢄ
ꢅ∈ꢓꢔ
ꢅ∈ꢓꢕ
ꢦ
ꢦ
∑
(
∑
ꢢ
l .ꢀ ꢥ
l .ꢀ )
ꢤ ꢤ
ꢣ
ꢤ
ꢤ
ꢤꢧꢨ
ꢤꢧꢨ
ꢤ∈ꢩꢠ
ꢤ∈ꢩꢡ
Þ Iꢔꢕ = −
Nhận xét:
(13)
ꢆ.ꢢ ꢪ
ꢨ
ꢫꢬꢬꢭ
Sơ đồ giải thuật đổi nhánh được trình bày tại hình 2.
3. VÍ DỤ KIỂM CHỨNG
Biểu thức (10) cho thấy nếu không xét đến độ tin cậy
cung cấp điện (C2 = 0) thì DF tỷ lệ thuận với tổn thất công
suất tác dụng. Nói cách khác tổn thất công suất của LĐPP
hở bé nhất khi mở khóa có dòng điện kín INM bé nhất
3.1. Lưới điện phân phối 1 vòng
Để kiểm tra độ chính xác của giải thuật đề xuất, một ví
dụ khảo sát trên LĐPP có một khỏa điện mở và 7 nút tải
như hình 3, để LĐPP này trở thành LĐPP hở, cần phải mở
một trong khóa điện Si (i = 1...7).
Việc chỉ ra giá dòng điện IMN trên LĐPP kín có giá trị gần
đúng theo (13) để DF bé nhất sẽ gặp khó khăn hơn việc sử
ꢝDꢞ
dụng biểu thức (11) để tìm giá trị ꢮ
ꢮ bé nhất
ꢝꢟ
ꢠꢡ
2
3
4
S2
S3
2.2. So sánh giá trị hàm F của 2 LĐPP hở
1
S1
Để làm giảm giá trị hàm F khi vận hành LĐPP hở, chúng
ta cần so sánh hai trạng thái LĐPP hở thức nhất (mở khóa
MN1, có Fꢁꢔởꢕꢄ) và LĐPP hở thứ hai (mở khóa MN2, có Fꢁꢔởꢕꢆ).
S4
s
7
6
5
S6
S5
S7
Việc này có thể giải quyết khá đơn giản bằng cách xét độ
Hình 3. Sơ đồ lưới điện 7 nút
ꢔꢕꢆ
ꢁở
chênh lệch hàm DF∗ = Fꢁꢔởꢕꢄ − F
thông qua biểu thức
LĐPP có các thông số phụ tải (P,Q), tổng trở nhánh (ro,
L), tần suất sự cố và thời gian khôi phục sự cố (t) lần lượt
cho tại các bảng 1 và 2.
(10).
DF∗ = Fꢁꢔởꢕꢄ − F
ꢔꢕꢆ
ꢁở
ꢔꢕꢄ
− Fꢑíꢇ + Fꢑíꢇ − Fꢁꢔởꢕꢆ
ꢁở
= F
ꢔꢕꢄ
= ꢖF
− Fꢑíꢇꢗ − ꢖFꢁꢔởꢕꢆ − Fꢑíꢇꢗ = DFꢔꢕꢄ − DFꢔꢕꢆ (14)
ꢁở
Bảng 1. Bảng giá trị phụ tải lưới điện 7 nút
2.3. Giải thuật đổi nhánh cải tiến
Bắt đầu
Nút
1
0
0
2
3
4
5
6
7
P (kW)
Q (kVar)
300
150
600
300
300
150
300
150
300
150
300
150
Nhập cấu hình lưới điện hiện hữu và các
thông số liên quan. LĐPP có N khóa mở
Bảng 2. Bảng giá trị r0, tần suất sự cố l, chiều dài đường dây nhánh, thời
gian sửa chữa
Xác định tập {S} có N khoá mở
Nhánh
1-2
2-3
3-4
4-5
i=1
0,1+0,35j
0,1+0,35j 0,1+0,35j
0,1+0,35j
Zo (/km)
l (lần/mùa)
L chiều dài (km)
t (h)
0,5
0,5
0,5
0,1
1. Đóng khoá mở Si, tạo thành 01 vòng kín trong lưới điện.
2. Xác định nhánh MNi thoả mãn biểu thức (13).
3. Xác định khóa Ki tương ứng
4. Xác định mức giảm DFi* của hàm mục tiêu theo biểu thức (14)
5. Gán giá trị DFi* vào tập {DF} có N phần tử
6. i:=i+1
1
1
1
1
1
1
1
1
Nhánh
5-6
6-7
7-1
0,1+0,35j
0,1+0,35j
0,1+0,35j
Zo (/km)
l (lần/mùa)
L chiều dài (km)
t (h)
Yes
iN
0,1
1
0,1
1
0,1
1
No
1. Gán DFmax* = max (DFi*)trong tập {DF}
2. Chọn khoá mở mới Ki tương ứng.
1
1
1
Giá trị hàm F tính theo (9) khi lần lượt mở các khóa điện
Si (i = 1...7) được mô tả tại bằng 4 với C1 = 0,1$/kW,
C2 = 1,0$/kWh.
No
Thay thế khoá Si bằng
khoá Ki trong tập {S}
DFmax* = 0
Yes
Bảng 3. Bảng giá trị hàm mục tiêu theo biểu thức (4)
Cấu hình trong tập
{S} là tốt nhất
Nhánh
Khóa mở
F ($)
1-2
S1
2-3
S2
3-4
4-5
S4
5-6 6-7 7-1
S5 S6 S7
S3
Kết thúc
608,7 337,4 201,9 202,9 261,1 353,3 479,2
4723,3 2290,2 1216,7 1192,9 1509,9 2167 3160,9
Hình 2. Lưu đồ thuật toán của phương pháp đề xuất
DP (W)
6
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY
Bảng 4. Bảng so sánh kết quả trước và sau khi tái cấu hình lưới điện 33 nút
I kín (A)
71,3 40,1 8,8
11,2 6,0
1,6
6,7
1,8
22,3 37,9 53,4
ꢯDꢰ
ꢮ
ꢮ (15)
Cấu hình Chi phí vận hành
lưới điện theo mùa ($/mùa)
4,2 6,6 9,0
Tổn thất điện năng
(kWh)
ꢯꢱ
ꢲꢳ
Khóa mở
ꢝDꢞ
Giá trị dòng điện nhánh trên LĐPP kín và giá trị ꢮ
ꢮ
ꢝꢟ
ꢠꢡ
TH1: 306,190
Ban đầu
S33, S34, S35, S36,
S37
tính theo (15) được trình bày tại bảng 3. Giá trị dòng điện
của LĐPP kín trên nhánh 4-5 có giá trị bé nhất nên LĐPP hở
900,320
607,770
TH2: 354,750
mở nhánh 4-5 sẽ có tổn thất công suất thấp nhất nhưng lúc
TH1: 228,740
Tái cấu
S7, S10, S14,
S28, S32
ꢝDꢞ
này giá trị hàm F không phải bé nhất. Giá trị ꢮ
ꢮ có giá trị
hình
ꢝꢟ
ꢠꢡ
TH2: 295,134
bé nhất tại nhánh 3-4, theo nhận xét tại mục 2.1, khi mở
khóa điện 3-4, LĐPP hở sẽ có hàm mục tiêu F bé nhất, kết
quả này trùng với kết quả tính hàm F trực tiếp tại bảng 3.
Điều này cho thấy tính chính xác của mô hình toán đề xuất.
Như vậy, sau khi tái cấu hình thì có thể giảm chi phí vận
hành và nâng cao độ tin cậy của lưới điện. Kết quả tính
toán được so sánh với GSA [4] được trình bày trong bảng 5.
Bảng 5. Bảng so sánh kết quả sau khi tái cấu hình lưới điện 33 nút với GSA [4]
3.2. Khảo sát mô phỏng lưới điện 33 nút
Cấu hình
lưới điện
Chi phí vận hành
theo mùa ($/mùa)
Tổn thất điện
năng (kWh)
Thực hiện khảo sát lưới điện 33 nút tiêu chuẩn, với 1
nguồn và 32 phụ tải, tổng công suất phụ tải là 3,72MW, 37
nhánh, 32 khóa điện thường đóng và 5 khóa điện thường
mở (hình 4).
Khóa mở
Trường hợp 1
Phương pháp
đề nghị
S7, S10, S14,
S28, S32
228,740
228,740
607,770
607,770
Cấu hình lưới điện 33 nút với các khóa mở ban đầu là:
S33, S34, S35, S36 và S37.
S7, S10, S14,
S28, S32
23
24
25
GSA [4]
S23
S24
S37
27
26
28
29 30
31
32
33
Trường hợp 2
S22
S2
S26 S27 S28
S29 S30
S31 S32
S36
15
Phương pháp
đề nghị
S7, S10, S14,
S28, S32
S25
6
S34
12
295,134
310,390
607,770
654,290
1
2
3
4
5
8
9
10
11
13
14
16
17
18
7
S1
S3
S4
S5
S6 S7
S8
S9
S10 S11 S12 S13
S14
S15 S16 S17
S10, S14, S28,
S33, S36
S33
21
GSA [4]
S18
20
22
19
S19
S20
S21
S35
Từ bảng 5, nhận thấy rằng sau khi tái cấu hình lưới 33
nút trong trường hợp 1: phương pháp đề nghị và GSA [4]
có khóa mở giống nhau, hàm mục tiêu và tổn thất điện
năng của phương pháp đề nghị bằng với GSA [4]. Trường
hợp 2, về cấu hình hai phương pháp khác nhau ở khóa mở:
phương pháp đề nghị (S7, S32) và GSA [4] (S33, S36), còn
hàm mục tiêu, tổn thất điện năng của phương pháp đề
nghị nhỏ hơn so với GSA [4]. Từ đó, có thể thấy phương
pháp đề nghị có cấu hình tốt hơn GSA [4], vì phương pháp
đề nghị tính theo công suất trung bình nên cấu hình trong
hai trường hợp không thay đổi, trong khi GSA [4] tính theo
công suất cực đại nên cấu hình thay đổi.
Hình 4. Lưới điện phân phối 33 nút
Xét lưới điện với 2 trường hợp:
Trường hợp 1: khảo sát LĐPP 33 nút ban đầu trong
mùa nắng với giả sử rằng tần suất sự cố trên đường dây của
các nhánh là như nhau l = 0,1 lần/mùa và thời gian sửa
chữa trên đường dây các nhánh của lưới điện là bằng nhau
t = 10 giờ, các phụ tải có mức độ quan trọng như nhau. Chi
phí vận hành lưới điện là F = 306,190$.
Trường hợp 2: khảo sát LĐPP 33 nút ban đầu trong
mùa mưa với giả sử rằng tần suất sự cố trên đường dây của
các nhánh 8 - 21, 15 - 9, 22 - 12 là như nhau l = 0,2 lần/mùa,
tần suất sự cố trên đường dây của nhánh 6 - 26 là l = 0,3
lần/mùa, tần suất sự cố trên đường dây của nhánh 3 - 23 là
l = 0,4 lần/mùa, tần suất sự cố trên đường dây của nhánh
2 - 19 là l = 0,5 lần/mùa, tần suất sự cố trên đường dây của
các nhánh còn lại là như nhau l = 0,1 lần/mùa và thời gian
sửa chữa trên đường dây các nhánh của lưới điện là bằng
nhau t = 10 giờ, các phụ tải có mức độ quan trọng như
nhau. Chi phí vận hành lưới điện là F = 354,750$.
4. KẾT LUẬN
Lưới điện phân phối thường được vận hành ở điện áp
thấp, dòng điện lớn nên thường có tổn thất công suất lớn,
vì vậy chi phí vận hành cao. Đồng thời LĐPP cung cấp điện
trực tiếp đến các phụ tải nên đòi hỏi độ tin cậy cung điện
cao. Từ đó đặt ra yêu cầu phải vận hành LĐPP với chi chí
thấp và độ tin cậy cung cấp điện cao. Với mục tiêu đó,
nghiên cứu đã đề xuất phương pháp tái cấu hình LĐPP là
thay đổi trạng thái các khóa điện sao cho LĐPP được vận
hành hình tia có chi phí vận hành thấp nhất và độ tin cậy
cung cấp điện được nâng cao. Phương pháp đã được áp
dụng để tái cấu hình lưới điện 7 nút, 33 nút tiêu chuẩn. Từ
kết quả đã đạt được có thể rút ra được một số kết luận như
sau: Phương pháp thực hiện đơn giản, kết quả là tái cấu
Sau khi tái cấu hình thì lưới điện 33 nút ta có bảng so
sánh kết quả như bảng 4.
Từ bảng 4 cho biết rằng, sau khi tái cấu hình lưới điện thì
chi phí vận hành và ngưng cung cấp điện trong trường hợp
1, 2 giảm 14,5% và tổn thất điện năng cũng giảm gần 20%.
7
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY
KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
hình được LĐPP với chi phí vận hành thấp và độ tin cậy cao.
Có thể áp dụng để tái cấu hình cho các LĐPP thực tế.
AUTHORS INFORMATION
Truong Viet Anh1, Nguyen Tung Linh2
1Ho Chi Minh City University of Technology and Education
2Electric Power University
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tran Dinh Long, 19993. Quy hoach phat trien nang luong va dien luc.
Science and Technics Publishing House, Hanoi.
[2]. Nguyen Hoang Viet, 2004. Danh gia do tin cay trong he thong dien.
Vietnam National University Ho Chi Minh City Press.
[3]. Truong Viet Anh, 2014. Cac giai thuat tai cau hinh luoi dien phan phoi.
Vietnam National University Ho Chi Minh City Press..
[4]. Truong Ngoc Thao, 2014. Tai cau hinh luoi dien phan phoi dung giai thuat
toi uu trong trong truong GSA.
[5]. Broadwater R. P., P. A. Dolloff, T. L. Herdman, R. Karamikhova, A.
Sargent, 1996. Minimum Loss Optimization in Distribution Systems: Discrete Ascent
Optimal Programming. Electric Power Systems Research, vol. 36, pp. 113-121.
[6]. S. Civanlar, J.J. Grainger, H. Yin, S.S.H. Lee, 1998. Distribution feeder
reconfiguration for loss reduction. IEEE Transactions on power Delivery, Vol. 3, No.
3, pp. 1217-1223.
[7]. Merlin A., Back H., 1975. Search for a Minimal-Loss Operating Spaning
Tree Configuration in Urban Power Distribution Systems. Proc. Of. 5th Power
System Comp. Con., Cambridge, U.K.
[8]. Shirmohammadi D., H. W. Hong, 1989. Reconfiguration of Electric
Distribution for Resistive Line Loss Reduction. IEEE Transactions on Power Delivery,
4-2, pp. 1492-1498.
[9]. Peng Wang, R. Billiton, 2002. Reliability cost/worth assessment of
distribution systems incorporating time-varying weather conditions and restoration
resources. IEEE Transactions on Power Delivery, Volume 17, Issue 1, Page 260 -
265.
[10]. J.Z. Zhu, 2002. Optimal reconfiguration of electrical distribution network
using the refined genetic algorithm. Electric Power Systems Research, Volume 62,
page 37 – 42.
[11]. Esmat Rashedi, Hossein Nezamabadi-pour, Saeid Saryazdi, 2009. GSA:
A Gravitational Search Algorithm. Information Sciences 179, 2232-2248.
[12]. R. Srinivasa Rao, S.V.L. Narasimham, M. Ramalingaraju, 2008.
Optimization of Distribution Network Configuration for Loss Reduction Using
Artificial Bee Colony Algorithm. Word Academy of Science, engineering and
technology, 45.
[13]. S. Chaitusaney, A. Yokoyama, 2006. Reliability Analysis of Distribution
System with Distributed Generation Considering Loss of Protection Coordination.
9th International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems
KTH, Stockholm, Sweden.
[14]. Abdullah M. Alshehr, 2007. Optimal Reconfiguration of Distribution
Networks Using Ant Colony Method. King Saud University College of Engineering
Electrical Engineering Department.
[15]. Kwang Y. Lee, Mohamed A. El-Sharkawi, 2008. Modern Heuristic
Optimization Techniques Theory and applycation to Power systems. Power
engineering.
[16]. RoyBillinton, Ronald N. Allan, 1996. Reliability Evaluation of Power
Systems. Pitman Books.
8
6 trang
16320
Free
Bạn đang xem tài liệu "Đề xuất phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao độ tin cậy cung cấp điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- de_xuat_phuong_phap_tai_cau_hinh_luoi_dien_phan_phoi_nang_ca.pdf
