ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

,

NGUYỄN PHẠM HIẾU NHÂN

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CÁC PHƯƠNG ÁN

GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, ÁP DỤNG CHO

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ LẠT

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN HỮU HIẾU

Phản biện 1: TS. ĐOÀN ANH TUẤN

Phản biện 2: TS. BẠCH QUỐC KHÁNH

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng

vào ngày 03 tháng 03 năm 2018.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

1

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài

Điện năng là ngành năng lượng quan trọng hàng đầu của một

quốc gia. Vì nguồn năng lượng này là tiền đề cho sự phát triển công

nghiệp, hiện đại hóa đời sống xã hội.

Tuy nhiên, việc sản xuất điện năng ngày càng khó khăn do cạn

kiệt nguồn tài nguyên như nước, than đá… Đến năm 2030, Việt Nam

sẽ không còn tiềm năng thủy điện lớn vì đã khai thác hết. Trữ lượng

than đá cũng đang cạn dần. Năm 2015, khả năng khai thác than đá

đáp ứng từ 96%-100% nhu cầu sử dụng để sản xuất điện năng. Năm

2020, khả năng khai thác chỉ đáp ứng được 60% và đến năm 2035, tỉ

lệ này chỉ còn 34%.

Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-

2020, có xét đến 2030 thì vào năm 2020, Việt Nam sẽ nhập khẩu hơn

2.300 MW điện (chiếm 3,1% tổng cơ cấu năng lượng điện), năm

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

Điều này cho thấy quá trình công nghiệp hóa nhanh chóng khiến

nguồn cung năng lượng đã không đáp ứng kịp nhu cầu. Do đó, bên

cạnh việc tìm nguồn lực để sản xuất điện năng thì việc sử dụng có

hiệu quả nguồn năng lượng này cũng đóng vai trò hết sức quan trọng.

Chính vì vậy, một trong những công tác thường xuyên được

quan tâm của ngành Điện lực Việt Nam hiện nay là giảm tổn thất

điện năng trên hệ thống lưới điện phân phối. Hàng năm, một lượng

vốn rất lớn được đưa vào lưới điện thông qua các chương trình sửa

chữa lớn, sửa chữa thường xuyên để mua sắm, lắp đặt nhiều thiết bị

vận hành (tụ bù, thay dây dẫn, thay máy biến áp tổn thất thấp…)

nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng trên lưới điện. Tuy nhiên,

2

các chương trình này thông thường có nhược điểm đó là: nguồn lực

tài chính là nguồn lực hữu hạn nhưng vẫn chưa có những đánh giá

chính xác tính hiệu quả của các công trình sửa chữa, nâng cấp lưới

nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng.

Trước nhu cầu thực tiễn trên đây và vị trí công tác của tác giả đề

tài, tác giả mong muốn xây dựng một chương trình thể hiện mối

tương quan giữa chi phí đầu tư và lợi nhuận thu được từ việc giảm

tổn thất. Sau đó, tác giả áp dụng vào một phát tuyến 22kV hiện hữu

để xem xét và đề xuất các giải pháp liên quan.

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

chương trình đánh giá hiệu quả các phương án giảm tổn thất điện

năng, áp dụng cho lưới điện phân phối thành phố Đà Lạt” được đề

xuất nghiên cứu. Đây cũng là một vấn đề đang được các cán bộ lãnh

đạo, quản lý tại các Điện lực trực thuộc Công ty Điện lực Lâm Đồng

quan tâm nghiên cứu.

2. Mục đích nghiên cứu

- Xây dựng chương trình tối ưu đa mục tiêu giữa chi phí lắt

đặt tụ bù và lợi nhuận từ việc giảm tổn thất công suất trên

lưới điện.

- Sử dụng chương trình để tính toán cho một phát tuyến 22kV

của Điện lực Đà Lạt.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các phương pháp tính

toán tổn thất công suất trong đó nhấn mạnh đến phương pháp

bù công suất phản kháng. Sau đó sử dụng chương trình

MATLAB và MATPOWER để xây dựng chương trình tối

ưu đa mục tiêu.

3

- Áp dụng đối tượng nghiên cứu trên cho một phát tuyến cụ

thể là tuyến 22kV thuộc khu vực Thành Phố Đà Lạt

4. Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm:

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu,

sách báo, giáo trình,…viết về vấn đề tính toán xác định tổn

thất công suất và các cấu trúc câu lệnh trong chương trình

MATLAB, MATPOWER.

- Phương pháp thực nghiệm: Áp dụng chương trình đã xây

dựng để tính toán các phương án bù công suất phản kháng

trong đó có so sánh kết quả với chương trình PSS/ADEPT.

5. Bố cục luận văn

Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung

của luận văn được biên chế thành 4 chương như sau:

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

lưới điện phân phối.

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

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

công suất phản kháng cho lưới điện phân phối.

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

công suất phản kháng cho lưới điện phân phối tại thành phố

Đà Lạt

4

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI &TỔN THẤT

TRÊN LƯỚI ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Tổng quan về lưới điện phân phối 1.1.

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các

đường dây truyền tải và phân phối được nối với nhau thành một hệ

thống thống nhất làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện

năng. Theo mục đích nghiên cứu, hệ thống điện được chia thành các

phần hệ thống như:

- Lưới hệ thống 500kV

- Lưới truyền tải (35, 110, 220kV)

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

- Lưới phân phối hạ áp (0,4kV)

Đặc điểm lưới điện phân phối 1.2.

Sơ đồ hình tia 1.2.1.

Sơ đồ mạch vòng 1.2.2.

Tổn thât và nguyên nhân gây tổn thât 1.3.

Tôn thât ky thuât 1.3.1.

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

quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo nâng

cấp, trong quá trình vận hành làm tăng nhiệt độ dây dẫn, điện

áp giảm dưới mức cho phép và tăng TTĐN trên dây dẫn.

- Máy biến áp vận hành non tải hoặc không tải sẽ không phù

hợp với hệ thống đo đếm dẫn tới TTĐN cao.

- Máy biến áp vận hành quá tải do dòng điện tăng cao làm

phát nóng cuộn dây và dầu cách điện của máy dẫn đến tăng

5

tổn thất điện năng trên máy biến áp đồng thời gây sụt áp và

làm tăng TTĐN trên lưới điện phía hạ áp.

- Tổn thất do thiết bị cũ, lạc hậu: các thiết bị cũ thường có

hiệu suất thấp, máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc

vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian vận hành

tổn thất có xu hướng tăng lên.

- Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác

động vào các cuộn dây máy biến áp làm tăng TTĐN.

- Tổn thất dòng rò: Sứ cách điện, chống sét van và các thiết bị

không được kiểm tra, bảo dương hợp lý dẫn đến dòng rò,

phóng điện.

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

TTĐN sẽ cao.

- Hành lang tuyến không đảm bảo: không thực hiện tốt việc

phát quang, cây mọc chạm vào đường dây gây dòng rò hoặc

sự cố.

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

lý.

- Tính toán phương thức vận hành không hợp lý, để xảy ra sự

cố dẫn đến phải sử dụng phương thức vận hành bất lợi và

TTĐN tăng cao.

- Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên

dây trung tính, dây pha và cả trong máy biến áp, đồng thời

cũng gây quá tải ở pha có dòng điện lớn.

- Vận hành với hệ số cosφ thấp do phụ tải có hệ số cosφ thấp,

thực hiện lắp đặt và vận hành tụ bù không phù hợp. Cosφ

thấp dẫn đến tăng dòng điện truyền tải hệ thống và tăng

6

TTĐN.

- Các điểm tiếp xuc, các mối nối tiếp xuc kém nên làm tăng

nhiệt độ, tăng TTĐN.

- Hiện tượng vầng quang điện: đối với đường dây điện áp cao

từ 110kV trở lên xuất hiện hiện tượng vầng quang điện gây

TTĐN.

- Chế độ sử dụng điện không hợp lý: công suất sử dụng của

nhiều phụ tải có sự chênh lệch quá lớn giữa giờ cao điểm và

thấp điểm

Tôn thât thương mại 1.3.2.

- Các thiết bị đo đếm như công tơ, TU, TI không phù hợp với

tải có thể quá lớn hay quá nhỏ hoặc không đạt cấp chính xác

yêu cầu, hệ số nhân của hệ thống đo không đung, các tác

động làm sai lệch mạch đo đếm điện năng, gây hỏng hóc

công tơ, các mạch thiết bị đo lường, …

- Sai sót khâu quản lý: TU mất pha, TI, công tơ hỏng chưa kịp

xử lý, thay thế kịp thời, không thực hiện đung chu ky kiểm

định và thay thế công tơ định ky theo quy định của Pháp lệnh

đo lường, đấu nhầm, đấu sai sơ đồ đấu dây, … là các nguyên

nhân dẫn đến đo đếm không chính xác gây TTĐN.

- Sai sót trong nghiệp vụ kinh doanh: đọc sai chỉ số công tơ,

thống kê tổng hợp không chính xác, bỏ sót khách hàng, …

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

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

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

7

Bù công suât phản kháng trong lưới điện phân phối 1.4.

Bù công suât phản kháng 1.4.1.

Công suất phản kháng do phụ tải yêu cầu mang thuộc tính cảm,

để sinh ra từ trường cần thiết cho quá trình chuyển đổi điện năng, từ

trường xoay chiều cần một điện năng dao động đó là công suất phản

kháng có tính cảm Q. Điện năng của từ trường dao động dưới dạng

dòng điện, khi đi trên dây dẫn nó gây tổn thất điện năng và tổn thất

điện áp không có lợi cho lưới điện.

Hình 1.3. Bù công suất phản kháng

Muốn giảm được tổn thất điện năng và tổn thất điện áp do từ

trường gây ra người ta đặt tụ điện ngay sát vùng từ trường hình 1.3.

Tụ điện gây ra điện trường xoay chiều, điện trường cũng cần một

điện năng dao động - công suất phản kháng dung tính QC , nhưng

ngược về pha so với từ trường. Khi từ trường phát năng lượng thì

điện trường nhận vào và ngược lại. Nhờ đặc tính này mà khi đặt cạnh

nhau điện trường và từ trường tạo mạch dao động, năng lượng của

chung truyền quan lại cho nhau, chỉ có phần thừa ra Q - QC (dù điện

cảm hay điện dung) mới đi về nguồn điện. Nhờ vậy dòng công suất

phản kháng giảm đi. Công suất phản kháng dung tính đi về nguồn

cũng gây tổn thất điện năng như công suất phản kháng cảm tính,

8

nhưng về điện áp thì nó làm tăng điện áp ở nut tải so với nguồn (tổn

thất điện áp âm). Vì thế khi đặt bù cũng phải tránh không gây quá bù

(QC¬>Q).

Yêu cầu về ky thuât và kinh tế 1.4.2.

Tiêu chí kỹ thuật 1.4.2.1.

Tiêu chí về kinh tế 1.4.2.2.

Cac phương phap bù công suât phản kháng 1.4.3.

Bù nối tiếp (Bù dọc) 1.4.3.1.

Bù song song (Bù ngang) 1.4.3.2.

Phương thức bù công suât phản kháng 1.4.4.

Phân tích ảnh hưởng của tụ bù đến tôn thât công suât tác 1.4.5.

dụng và tôn thât điện năng của lưới phân phối xét trong một số

trường hợp đơn giản

Lưới phân phối có một phụ tải 1.4.5.1.

Lưới điên phân phối có phụ tải phân bố đều trên trục chinh 1.4.5.2.

Kết luận chương 1 1.5.

Chương này trình bày các lý thuyết cơ bản về tổn thất điện năng

và nêu ra phương pháp giảm tổn thất xuyên suốt đề tài này đó là sử

dụng phương pháp bù công suất phản kháng cho lưới điện. Đây là cơ

sở bước đầu để xây dụng chương trình tối ưu sẽ được trình bày trong

các chương sau. Chương tiếp theo sẽ trình bày một số khái niệm về

bài toán tối ưu đa mục tiêu để có cơ sở xây dựng chương trình.

9

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT XÂY DỰNG BÀI TOÁN TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU

Giới thiệu bài toán tối ưu nhiều mục tiêu 2.1.

Min {f1(x)…fk(x)} sao cho x ϵ X

Trong đó:

x là biến quyết định

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

định.

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

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

Tối ưu Pareto 2.2.

Khái niệm 2.2.1.

Một điểm x* ϵ X được gọi là một nghiệm tối ưu Pareto nếu

không tồn tại một nghiệm x ≠ x* ϵ X sao cho x trội hơn x*. Nghĩa là:

f(x) < f(x*)

Tính chất:

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

hiệu.

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

f(x1) trội hơn f(x2)

- Tất cả các nghiệm tối ưu Pareto x* ϵ X là tập các điểm hữu

hiệu, y= f(x*) ϵ Y lần lượt là Xpar và Yeff

Định nghĩa về đường cong Pareto 2.2.2.

Mô hình toán học về đường cong Pareto 2.2.3.

Định nghĩa về ưu thế 2.2.3.1.

Giải pháp X chiếm ưu thế hơn giải pháp Y khi cả hai điều kiện

10

sau cùng thỏa mãn:

- Giải pháp X ít nhất tốt bằng giải pháp Y cho tất cả hàm mục

tiêu.

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

Y.

Đường cong Pareto 2.2.3.2.

Hình 2.3. Ví dụ về đường cong Pareto

Thuật toán NSGA-II 2.3.

Thuật toán di truyền sắp xếp không thống trị (NSGA-II) được

biết như là một kỹ thuật hiệu quả để tìm kiếm tập hợp tối ưu Pareto

trong bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu chung.

Ưu điểm của phương pháp này đó là:

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

kích thước quần thể.

- Tính ưu việt: Bảo tồn tính ưu việt cho các giải pháp để đảm

bảo sự hội tụ.

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

- Sự lan tỏa phủ rộng trong không gian tìm kiếm

11

Kết quả giả lập giải các bài toán khó, cho thấy NSGA-II luôn tìm

được các giải pháp phủ rộng hơn và hội tụ gần với biên “Pareto tối

ưu thực” hơn so với các thuật toán tân tiến khác. Trong thuật toán

NSGA-II, tính ổn định của kết quả và độ mịn của biên Pareto xấp xỉ

phụ thuộc vào điều kiện dừng – tức là số lượng thế hệ tối đa cần đạt

đến.

Kết luận chương 2 2.4.

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

chương trình tối ưu đó là khái niệm tối ưu Pareto và thuật toán di

truyền NSGA-II. Với việc sử dụng đường cong Pareto thì kết quả tối

ưu thu được sẽ là một tập hợp các kết quả của vấn đề đã đưa ra.

Chương tiếp theo trình bày về công cụ chính để thực hiện chương

trình tối ưu đó là MATLAB và MATPOWER.

12

CHƯƠNG 3

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐA MỤC TIÊU

BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI

Tổng quan về chương trình 3.1.

Chương trình được xây dựng nhằm mục đích vẽ được đường

cong Pareto trên cơ sở lý thuyết thuật toán tối ưu NSGA II để xác

định một tập các điểm bù công suất phản kháng mang lại những hiệu

quả khác nhau như cực tiểu tổn thất điện năng, cực tiểu chi phí lắp

đặt, cực tiểu thiết bị sử dụng, tối đa hóa lợi nhuận về kinh tế...

Chương trình được viết trên phần mềm MATLAB dựa vào hàm tối

ưu đa mục tiêu và chương trình tính toán phân bố công suất

MATPOWER.

Để đảm bảo tính đung đắn, người thực hiện luận văn đã tham

khảo chương trình tính toán tương tự được thực hiện trên lưới điện

mẫu 16 nut IEEE do hai sinh viên Văn Ngọc Thắng và Phạm Quí

Nin là sinh viên lớp 13DCLC thuộc khoa Điện trường đại học Bách

khoa Đà Nẵng thực hiện tháng 12/2017. Tuy nhiên, chương trình đã

khắc phục thêm một số nhược điểm của chương trình trước đây để

phù hợp với thực tế vận hành tại Công ty điện lực Lâm Đồng đó là:

- Giao tiếp với người dùng bằng giao diện đơn giản với các

nut điều khiển và màn hình hiển thị.

- Chương trình áp dụng linh động với nhiều lưới điện khác

nhau. Chương trình trước đây nếu muốn áp dụng cho các

lưới điện khác phải thay đổi nhiều đoạn lệnh gây khó khăn

cho người sử dụng.

- Người dùng không cần hiểu lập trình MATLAB và việc

13

nhập liệu đơn giản hơn thông qua mẫu file excel quy định

trước.

- Chương trình sẽ bù theo gam tụ bù là 150 kVar, đây là thiết

bị vật tư có sẵn và dễ dàng mua trên thực tế.

- Các thông số về kinh tế khi tính toán bù công suất phản

kháng sẽ do người dùng quy định.

- Việc tính toán phân bố công suất sẽ được thể hiện kết quả

bằng thông báo của chương trình để người dùng thuận tiện

so sánh, đối chiếu khi cần.

- Kết quả thể hiện được tự động chuyển đổi sang file excel để

người sử dụng thuận lợi trong việc đọc và phân tích kết quả.

Giới thiệu về chương trình PSS/ADEPT 3.2.

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

Cac bước thực hiện trên PSS/ADEPT để tính toán vị trí bù 3.2.2.

tối ưu trên lưới điện

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

Qua các bước phân tích việc tính toán bài toán CAPO trên

PSS/DEPT tác giả nhận thấy có một điểm hạn chế đó là: Phần mềm

chỉ tìm ra một điểm tối ưu, chưa thể xác định các mối quan hệ giữa

điểm tối ưu này với các thông số khác, như bài toán bù kinh tế mới

chỉ xét đến một mục tiêu là lợi nhuận kinh tế.

Trong thực tế hiện nay, việc cân bằng giữa các nguồn vốn để

phục vụ cho công tác giảm tổn thất là vấn đề thực sự khó khăn cho

các Công ty Điện lực, trong đó có Công ty Điện lực Lâm Đồng. Với

một nguồn vốn có hạn và phải dàn trải cho nhiều công tác khác trong

khi kết quả tính toán của PSS/ADEPT không cho đơn vị có thêm lựa

14

chọn nào để cân đối chi phí.

Từ hạn chế đó, tác giả luận văn đề xuất xây dựng một chương

trình thay thế cho module CAPO của phần mềm nhằm mục đích thực

hiện tối ưu hóa việc lắp đặt tụ bù và giải quyết các vấn đề trong thực

tế của lưới điện phân phối. Chương trình sẽ chuyển bài toán CAPO

từ đơn mục tiêu là tối đa hóa lợi nhuận thành bài toán đa mục tiêu

cho chi phí lắp đặt và chi phí thu được từ giảm tổn thất. Trong phạm

vi của luận văn này, tác giả đi sâu nghiên cứu về việc giải quyết bài

toán đa mục tiêu trên cho công tác lắp đặt tụ bù cho lưới điện phân

phối, với phụ tải là cố định và không thay đổi theo thời gian.

Giới thiệu về phần mềm MATLAB 3.3.

Giao diện làm việc của chương trình MATLAB 3.3.1.

Các hàm thông dụng trong chương trình MATLAB 3.3.2.

Giới thiệu về phần mềm MATPOWER 3.4.

Dữ liệu đầu vào của MATPOWER 3.4.1.

Dữ liêu về nút 3.4.1.1.

Dữ liêu về máy phát 3.4.1.2.

Dữ liêu về nhánh 3.4.1.3.

Các hàm thông dụng của MATPOWER 3.4.2.

Xây dựng chương trình đề xuât 3.5.

Xây dựng bài toán bù kinh tế mạng điện 3.5.1.

Hiện nay, có nhiều phần mềm để tính toán tối ưu vận hành hệ

thống điện phân phối, PSS/ADEPT là một ví dụ. Phần mềm này cho

phép giải bài toán bù tối ưu CAPO (Optimal Capacitor Placement)

như sau: phần mềm tính toán tìm ra những điểm tối ưu để đặt các bộ

15

tụ bù cố định và tụ bù ứng động sao cho việc lắp đặt tụ bù mang lại

giá trị lợi ích kinh tế.

Đối với các phần mềm này, việc phân tích các bài toán đa mục

tiêu không thể giải được. Trong khi đó, trong tính toán thiết kế cũng

như vận hành, các bài toán tối ưu đa mục tiêu cần được sử dụng, đơn

cử như việc tìm ra các mối quan hệ giữa các mục tiêu cực tiểu tổn

thất điện năng nhưng cực tiểu chi phí sẽ giúp ích nhiều cho ngành

điện trong thực tế tính toán phương án giảm tổn thất điện năng.

Chính vì vậy, luận văn đề xuất xây dựng chương trình tối ưu đa mục

tiêu trên phần mềm MATLAB.

Phần mềm tính toán tối ưu gồm có hai phần:

- Phần tính toán phân bố công suất: sử dụng module

MATPOWER tích hợp trong MATLAB.

- Thuật toán tối ưu: sử dụng hàm tối ưu đa mục tiêu

“gamultiobj” trên cơ sở lí thuyết thuật toán di truyền (thuật

toán NSGA II) được xây dựng trong MATLAB.

Trong đề tài này, tác giả quan tâm đến hai hàm mục tiêu kinh tế là:

Z1: chi phí đầu tư, vận hành khi lắp đặt tụ bù

𝑍1 = 𝑄𝑐 . (𝐾𝑙𝑚 + 𝑁𝑒. 𝐾𝑣ℎ) (3.2)

Z2: số tiền thu được lợi do giảm tổn thất công suất khi lắp đặt tụ

bù

𝑍2 = 𝑁𝑒 ∫ (𝑐𝑃 . 𝛿𝑃 + 𝑐𝑄 . 𝛿𝑄 )𝑑𝑡𝑇

0 (3.3)

Trong đó:

Klm: chi phí lắp đặt tụ mới (đ/kVar)

Qc: dung lượng bù cần lắp mới (kVAr)

Kvh: chi phí vận hành, bảo dương tụ bù (đ/kVar/năm)

Ne: đại lượng thời gian tương đương

16

1

1

1

nN

n

iNe

r (3.4)

Với:

- N: thời gian hoàn vốn ( năm)

- i: tỷ số lạm phát (i)

- r: tỉ số trượt giá (r)

δP : lượng tổn thất công suất tác dụng giảm được khi bù (kW)

δQ: lượng tổn thất công suất phản kháng giảm được khi bù (kVAr)

cP: giá tiền cho 1 đơn vị tổn thất công suất tác dụng (đ/kWh)

c𝑄: giá tiền cho 1 đơn vị tổn thất công suất phản kháng (hiện tại điện

lực không tính giá trị này cQ = 0 đ/kVArh)

Tuy nhiên, với giả định phụ tải là cố định và không thay đổi theo thời

gian, khi đưa vào chương trình tính toán, Z2 sẽ được tính như sau:

Z2 = ((Pbandau-TonthatCS)*cP +

(Qbandau-TonthatPK)*cQ)*1000*Ne*8760

Trong đó:

- Pbandau: tổn thất công suất lưới điện trước khi lắp tụ bù

- TonthatCS: là tổn thất công suất lưới điện sau khi lắp tụ bù

- cP: giá tiền cho 1 đơn vị tổn thất công suất tác dụng (đ/kWh)

- c𝑄: giá tiền cho 1 đơn vị tổn thất công suất phản kháng

- Ne: đại lượng thời gian tương đương

Đi kèm với các hàm mục tiêu này, bài toán sẽ tính toán với những

điều kiện ràng

buộc khác nhằm mục đích xây dựng hệ thống đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.

Đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải

Điện áp tại các nút phải nằm trong giới hạn cho phép

17

Uimin ≤ Ui ≤ Uimax 0.9 ≤ Ui ≤1.1 (3.5)

Dòng điện trên các nhánh của đường dây đảm bảo điều kiện phát

nóng

I ≤ Icp (3.6)

Hàm tối ưu đa mục tiêu trong MATLAB 3.5.2.

Chương trình được xây dựng dựa trên hàm tối ưu đa mục tiêu

“gamultiobj” trong global optimization toolbox tích hợp trên phần

mềm MATLAB.

Cú pháp:

[x, fval, exitflag, output] = gamultiobj(fitnessfcn, nvars, A, b, Aeq,

beq, Lb, Ub, options)

Dữ liệu Input:

- fitnessfcn: là hàm mục tiêu xây dựng

- nvars: số lượng biến cần tìm của bài toán tối ưu

- Ràng buộc bất đẳng thức tuyến tính: A*x ≤ b

- Ràng buộc đẳng thức tuyến tính: Aeq*x = beq

- Lb, Ub: là các giới hạn biên dưới và trên của biến Lb ≤ x ≤

Ub

- options: khởi tạo bộ thông số tùy chọn tối ưu bắt đầu bằng

optimoptions.

Câu trúc chương trình đa mục tiêu 3.6.

Dữ liệu đầu vào 3.6.1.

Để chương trình tính toán chính xác, tác giả đã xây dựng một file

excel với cấu truc không đổi để người dùng nhập liệu. File có tên là

data.xlsx. Cấu trúc file bao gồm 4 sheet với tên gọi data1, data2,

data3, data4.

18

Câu trúc chương trình đa mục tiêu 3.6.2.

Giao diện chương trình bao gồm bảng điều khiển chứa ba nút

bấm, màn hiển thị thông tin và nút chạy tối ưu Pareto. Khi chương

trình thực hiện các bước tính toán sẽ hiển thị các thông tin liên quan

để người dùng theo dõi.

- Click vào nut ‘Nhận dữ liệu lưới điện’ và copy đường dẫn

đến file data.xlsx với các thông số capo được thiết lập tương

tự như khi thực hiện trên PSS/ADEPT

- Đường dẫn chứa file data.xlsx chính là nơi chứa các file *.txt

được sinh ra và file excel kết quả chương trình. Sau khi nhận

dữ liệu, người dùng click tiếp vào nut ‘Thông tin lưới điện’

- Chương trình sẽ thông báo cho người sử dụng biết số nút, số

nhánh của lưới điện đưa vào. Đây là bước để người dùng

kiểm tra lại các thông tin đã nhập vào từ file excel data.xlsx.

- Nut ‘Phân bố công suất’ sẽ thông báo cho người dùng biết

kết quả phân bố công suất của lưới điện.

- Sau khi click vào nut ‘Tối ưu Pareto’ chương trình sẽ tiến

hành chạy bài toán tối ưu và đưa ra kết quả bằng hình ảnh

như hình 3.16, đồng thời, tại thư mục lưu file dữ liệu ban đầu

sẽ sinh ra thêm 3 file kết quả đó là ketquabu.xls,

ketqualoinhuan.xls, ketquapareto.xls.

Kết luận chương 3 3.7.

19

Chương này trình bày xong các cở sở để xây dựng chương trình

tối ưu. Chương trình tối ưu này được hoàn thiện hơn các chương

trình tương tự trước đây nhằm mục đích tạo sự đơn giản cho người

sử dụng. Việc tính toán của chương trình sẽ do người sử dụng đặt các

thông số theo đung nhu cầu thực tế. Bên cạnh đó, việc chương trình

cho bù công suất phản kháng tại các nút với mức bù 150 kVar là phù

hợp với thực tiễn nơi công tác của tác giả chương trình. Chương tiếp

theo sẽ trình bày kết quả tính toán của chương trình đối với lưới điện

trung thế tại Điện lực Đà Lạt

20

CHƯƠNG 4

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN ĐA MỤC

TIÊU BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI

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

Khái quát chung 4.1.1.

Giới thiệu tuyến phân phối trung ap 22kV 472 Đà Lạt 4.1.2.

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

Tính toán tối ưu bù kinh tế cho lưới bằng chương trình đề 4.3.

xuât

Kết quả tính toán PSS/ADEPT

Qb (MVAr) 1,35

∆P trước bù (kW) 68,23

∆P sau bù (kW) 53,55

Tiền thu được do giảm tổn thất

điện năng Z2

(đồng)

1.974.584.000

Chi phí đầu tư khi lắp đặt vận

hành thiết bị bù Z1

(đồng)

573.178.000

Số tiền tiết kiệm Z2 – Z1

(đồng) 1.401.406.000

21

Đường cong Pareto ở hình 4.4 thể hiện mối tương quan giữa cực

tiểu chi phí đầu tư cho phương án lắp đặt tụ bù (trục hoành) và cực

đại chi phí thu được từ giảm tổn thất tức là cực đại tổn thất giảm

được (trục tung). Càng đầu tư chi phí để lắp đặt tụ bù thì lượng tổn

thất giảm được càng tăng. Điểm số 9 trên đồ thị tương đương với

điểm tối ưu của module capo trong chương trình PSS/ADEPT. Ở đây

có thể thấy điểm số 8 cho mức lợi nhuận cao nhất và đưa ra các vị trí

bù cụ thể với dung lượng bù là 150kVar tại mỗi vị trí. Như vậy, có

thể chia vùng đầu tư thành hai phần riêng biệt, trong đó từ điểm 1

đến điểm 8 là vùng số 1. Vùng này thể hiện việc càng đầu tư thì tổn

thất trên lưới điện sẽ giảm. Vùng 2 bắt đầu từ điểm số 9 đến điểm 12

cho thấy nếu tiếp tục tăng đầu tư cho lưới điện thì lợi nhuận thu được

sẽ không tăng lên. Điều này cho thấy sau khi đầu tư đến điểm số 8,

cần phải có phương án khác để đầu tư giảm tổn thất cho lưới điện vì

đây là điểm đạt giới hạn lợi nhuận cao nhất

Kết quả tính toán Chương trình tối ưu

Qb (MVAr) 1,35

∆P trước bù (kW) 68,40

∆P sau bù (kW) 53,67

Tiền thu được do giảm tổn thất

điện năng Z2

(đồng)

1.975.784.023

Chi phí đầu tư khi lắp đặt vận

hành thiết bị bù Z1

(đồng)

573.178.107

Số tiền tiết kiệm Z2 – Z1

(đồng) 1.402.605.917

22

Kết luận chương 4 4.4.

Chương này tác giả đã sử dụng chương trình tối ưu để áp dụng

cho một lưới điện trung thế hiện hữu. Kết quả thu được thể hiện hai

vấn đề. Trong tập hợp các kết quả đưa ra, có một kết quả tương tự

với kết quả tính toán từ chương trình PSS/ADEPT. Vấn đề thứ hai đó

là chương trình mở ra cho người dùng nhiều phương án để lựa chọn

tùy thuộc vào tình hình thực tiễn của đơn vị. Bên cạnh đó, việc đầu

tư nhiều chi phí sẽ tăng hiệu quả đến một điểm nhất định. Nếu tiếp

tục đầu tư hệ thống bù cho lưới điện sẽ không còn mang lại hiệu quả

kinh tế tốt, đến lúc này, cần phải có những phương án khác để việc

giảm tổn thất mang lại hiệu quả.

23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

Đề tài “Nghiên cứu xây dựng chương trình đánh giá hiệu quả các

phương án giảm tổn thất điện năng, áp dụng cho lưới điện phân phối

thành phố Đà Lạt” được thực hiện nhằm đề xuất một chương trình

thân thiện và dễ sử dụng cho người dùng để đưa ra một tập hợp các

phương án giảm tổn thất điện năng đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế.

Đề tài đã xây dựng và vận hành chương trình cho một phát tuyến

trung thế 22kV thuộc Điện lực Đà Lạt. Kết quả của đề tài như sau:

1. Xây dựng hoàn chỉnh chương trình đánh giá hiệu quả các

phương án giảm tổn thất điện năng bằng phương pháp bù công

suất phản kháng trong đó thể hiện được mối tương quan giữa chi

phí đầu tư và lợi nhuận thu được từ giảm tổn thất.

2. Áp dụng chương trình cho một lưới điện cụ thể, chương trình

đã đưa ra được 12 phương án bù công suất phản kháng cho một

phát tuyến 22kV Đà Lạt và mỗi phương án đều thể hiện mối liên

quan giữa chi phí đầu tư và lợi nhuận.

2. Kiến nghị:

- Chương trình dễ dàng áp dụng cho các lưới điện khác nhau

nên có thể sử dụng tính toán tại Điện lực Đà Lạt cũng như

Công ty Điện lực Lâm Đồng

- Chương trình có thể mở rộng và phát triển thêm các tính

năng như: tính toán tối ưu cho việc hoán chuyển tụ bù, thay

thế day dẫn các phân đoạn...