CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Lưới điện phân phối
2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối
Hệ thống điện phân phối là lưới điện truyền tải điện năng từ các trạm biến thế trung gian đến khách hàng, với đường dây thường vận hành mạch vòng hoặc mạch tia Các đường dây phân phối luôn hoạt động ở trạng thái hở, cho phép sử dụng relay quá dòng để bảo vệ Để khôi phục điện cho khách hàng sau sự cố, các tuyến dây thường có mạch vòng kết nối với các đường dây khác, giúp cung cấp điện từ trạm biến áp khác hoặc từ chính trạm bị sự cố Việc khôi phục lưới được thực hiện thông qua thao tác đóng/cắt các khoá điện trên các mạch vòng, dẫn đến việc có nhiều khoá điện trên lưới phân phối Mỗi đường dây phân phối có nhiều loại phụ tải phân bố không đều, với thời điểm đỉnh tải khác nhau, gây ra sự chênh lệch công suất tiêu thụ và làm tăng tổn thất điện năng Để giảm thiểu tổn thất và chống quá tải, các điều độ viên điều chỉnh cấu trúc lưới bằng cách thao tác các khoá điện, nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành và giảm thiểu tổn thất điện năng trong quá trình thiết kế lưới điện phân phối.
Trong quá trình phát triển, phụ tải điện liên tục thay đổi, dẫn đến sự xuất hiện của nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thể Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới điện phân phối cần phải luôn đảm bảo được các tiêu chuẩn và yêu cầu cần thiết.
Cấu trúc vận hành hở.
Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện trong phạm vi sụt áp cho phép.Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp.
- Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.
Hình 2.1 minh họa một lưới điện phân phối đơn giản với hai nguồn điện và nhiều khoá điện, trong đó khoá SW1, SW5 và RC3 đang mở để duy trì hoạt động của lưới điện Các đoạn tải LN2 và LN6 nằm ở cuối lưới của nguồn điện SS2 Để nâng cao chất lượng điện năng tại khu vực này, bộ tụ bù được lắp đặt giữa LN4 và SW2, trong khi máy biến áp điều áp được đặt giữa LN3 và LN9 Các thiết bị này có khả năng hoạt động ở chế độ thông số không đổi trong suốt quá trình vận hành hoặc có thể được điều chỉnh từ xa hoặc tại chỗ.
Hình 2 1 Lưới điện phân phối đơn giản
Để giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện phân phối, có thể chuyển tải từ nguồn SS2 sang nguồn SS1 bằng cách đóng RC3 và mở SW2, nhằm chuyển các đoạn tải LN5 và LN6 Phân tích lựa chọn các cách chuyển tải này là nội dung chính của các giải thuật tái cấu trúc lưới Trong thực tế, với hàng trăm khoá điện trên lưới điện phân phối, việc tìm ra cách chuyển tải tối ưu sẽ tốn nhiều thời gian và cần xem xét các điều kiện kỹ thuật Do đó, việc áp dụng giải thuật tái cấu trúc lưới là cần thiết để nhanh chóng xác định cấu trúc vận hành tốt nhất cho lưới điện, đáp ứng các mục tiêu điều khiển.
2.1.2 Vận hành hở lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối thường được vận hành hở vì lưới phân phối có các nét đặc trưng như sau [2]
Số lượng phần tử trong lưới phân phối, bao gồm lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù và phụ tải, cao gấp 5-7 lần so với lưới truyền tải Tuy nhiên, mức đầu tư cho lưới phân phối chỉ cao hơn từ 2-2.5 lần.
Nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ và phân bố rộng rãi, do đó, khi xảy ra sự cố, mức độ thiệt hại từ việc gián đoạn cung cấp điện ở lưới điện phân phối thường thấp hơn so với sự cố ở lưới điện truyền tải.
Do những nét đặc trưng trên, lưới điện phân phối cần vận hành hở dù có cấu trúc mạch vòng vì các lý do như sau
Tổng trở của lưới điện phân phối khi vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành vòng kín, dẫn đến dòng ngắn mạch nhỏ hơn trong trường hợp có sự cố Do đó, việc lựa chọn thiết bị đóng cắt có khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch và dòng cắt ngắn mạch nhỏ sẽ giúp giảm đáng kể mức đầu tư.
Trong vận hành hở, việc sử dụng các relay bảo vệ đơn giản và tiết kiệm như relay quá dòng và relay thấp áp giúp giảm chi phí đầu tư Điều này cho phép phối hợp bảo vệ relay một cách dễ dàng hơn mà không cần trang bị các loại relay phức tạp như relay định hướng, khoảng cách hay so lệch.
Để bảo vệ các nhánh rẽ hình tia trên cùng một đoạn trục, bạn chỉ cần sử dụng cầu chì tự rơi (FCO) hoặc cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải (LBFCO) Việc phối hợp với Recloser cũng giúp ngăn ngừa các sự cố thoáng qua hiệu quả.
Khi sự cố, do vận hành hở, nên sự cố không lan tràn qua các phụ tải khác.
Việc vận hành hở giúp dễ dàng kiểm soát điện áp trên từng tuyến dây, đồng thời giảm thiểu phạm vi mất điện trong quá trình khắc phục sự cố.
- Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương án kinh tế là các lưới hình tia.
2.1.3 Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối ở góc độ vận hành
Các bài toán vận hành lưới điện phân phối mô tả các hàm mục tiêu tái cấu trúc lưới điện như sau
- Bài toán 1 Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất.
- Bài toán 2 Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất điện năng bé nhất.
- Bài toán 3 Xác định cấu trúc lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công suất bé nhất.
Khoá điện được điều khiển từ xa
Chi phí chuyển tải thấp, không mất điện khi chuyển tải
Chi phí chuyển tải cao, mất điện khi chuyển tải
Lưới điện thường xuyên bị quá tải
Lưới điện ít bị quá tải
Lưới điện hầu như không quá tải Đặc điểm lưới điện
Bài toán 4 Tái cấu trúc lưới điện nhằm cân bằng tải giữa các đường dây và máy biến thế nguồn tại các trạm biến áp, từ đó nâng cao khả năng tải của lưới điện Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống điện mà còn góp phần đảm bảo cung cấp điện ổn định và liên tục cho người tiêu dùng.
- Bài toán 5 Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.
Bài toán 6 yêu cầu xác định cấu trúc lưới với nhiều mục tiêu đồng thời, bao gồm tối thiểu hóa tổn thất công suất, tối đa hóa mức độ cân bằng tải, giảm thiểu số lần chuyển tải và hạn chế sụt áp cuối lưới Đây là một bài toán hàm đa mục tiêu phức tạp, đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng để đạt được hiệu quả tối ưu trong thiết kế lưới điện.
Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của lưới điện phân phối nhằm tối ưu hóa tổn thất năng lượng và chi phí vận hành, đồng thời đảm bảo tuân thủ các điều kiện kỹ thuật, luôn là vấn đề quan trọng trong quản lý hệ thống điện Bảng 2.1 thể hiện phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc dựa trên đặc điểm của lưới điện phân phối.
Bảng 2 1 Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới
2.1.4 Thực trạng lưới phân phối
Lưới phân phối điện tại Việt Nam hiện nay có nhiều cấp điện áp khác nhau, dẫn đến chi phí chuyển tải cao Để đảm bảo an toàn trong quá trình chuyển tải, việc cắt điện là điều cần thiết.
Do lịch sử phát triển, ở mỗi miền đất nước có nhiều cấp điện áp phân phối và giữa các miền các cấp điện này cũng khác nhau (6.6, 10, 15, 22, 35 kV).
Recloser và máy cắt có tải (LBS) không được điều khiển từ xa, dẫn đến chi phí đóng/cắt cao và thời gian chuyển tải kéo dài.
Cực tiểu hàm F = CC ij L Cij
Trạm biến áp
Trạm biến áp đóng vai trò thiết yếu trong hệ thống điện, với dung lượng tổng thể lớn hơn nhiều so với các nhà máy điện Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật của hệ thống điện chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ dung lượng, vị trí, số lượng và phương thức vận hành của các trạm biến áp.
- Theo cấp điện áp ta có các trạm biến áp như sau
500 kV – dùng cho hệ thống điện quốc gia, nối liền ba miền.
220 kV – dùng cho lưới điện truyền tải; lưới điện khu vực
110 kV – dùng cho lưới điện phân phối; cung cấp cho phụ tải lớn
Các lưới điện này đều là lưới điện ba pha trung điểm nối đất trực tiếp
22 kV – lưới điện ba pha, trung điểm nối đất trực tiếp
35 kV – lưới điện ba pha, trung điểm cách đất
Lưới điện địa phương được sử dụng để cung cấp điện cho các phụ tải vừa và nhỏ, cũng như cho các khu dân cư, và đóng vai trò quan trọng trong lưới điện phân phối tại các khu công nghiệp Hiện nay, một số địa phương ở nước ta vẫn sử dụng cấp trung áp 35 kV do ảnh hưởng từ lịch sử.
15 kV; 10 kV; 6.6 kV; … Nhưng trong tương lai các cấp điện áp nêu trên sẽ được cải tạo, để dùng thống nhất một cấp 22 kV hoặc 35 kV
220/380V – Lưới điện ba pha, trung tính nối đất trực tiếp
110/220V – Lưới điện một pha hai dây và một pha ba dây
- Có thể phân chia trạm biến áp theo hình thức và cấu trúc của trạm biến áp
2.2.2 Vai trò trạm biến áp trong hệ thống điện
Trạm biến áp là thành phần thiết yếu trong hệ thống điện, chịu trách nhiệm truyền tải và phân phối điện năng từ nhà máy điện đến các phụ tải tiêu thụ Do hầu hết các nhà máy điện nằm xa khu vực tiêu thụ và phụ thuộc vào nguồn thủy năng tự nhiên, việc truyền tải điện năng gặp phải nhiều thách thức, đặc biệt là phí tổn công suất lớn trên đường truyền.
Chiều dài đường dây càng lớn ( l 0 ) thìP càng lớn, nếu công suất yêu cầu (P,Q) của phụ tải càng lớn thìP càng lớn.
Để giảm thiểu công suất tổn thất trên đường truyền, giải pháp hiệu quả là tăng điện áp Tuy nhiên, mức điện áp cần tăng lên bao nhiêu sẽ được phân tích chi tiết ở các phần sau Do đó, các trạm biến áp như trạm tăng áp, trạm trung gian và trạm hạ áp đã trở nên phổ biến trong hệ thống điện.
2.2.3 Vị trí trạm biến áp
Gần tâm phụ tải o Giảm chi phí đầu tư và tổn thất năng lượng o Giảm chi phí giải toả đền bù
Đảm bảo tính khả thi
Thuận lợi cho việc vận chuyển và thi công trạm biến áp o Đường bộ, đường thuỷ o Xây dựng đường công vụ ở những nơi chưa mở đường
Thuận lợi cho việc thiết kế và thi công các lộ vào và ra o Rất quan trọng với các trạm trong thành phố
Có khả năng mở rộng
Không ảnh hưởng đến môi trường xung quanh o Tiếng ồn, ô nhiễm dầu o Phòng cháy chữa cháy o Nhiễm từ
2.2.4 Địa điểm đặt trạm biến áp
Việc lựa chọn địa điểm cho trạm yêu cầu xem xét nhiều yếu tố như kỹ thuật, kinh tế, môi trường và quản lý hành chính Hình 2.2 minh họa lưu đồ hướng dẫn quá trình này Cần xác định vị trí có diện tích phù hợp để xây dựng trạm, đồng thời xem xét các đặc điểm vị trí có ảnh hưởng đến thiết kế và các yếu tố liên quan khác.
Diện tích đất Địa hình, địa thế Đặc tính địa chất của đất Các tính chất thủy học Lối ra vào trạm
Hành lang đường dây Ô nhiễm
Các liên quan về môi trường
Mức độ địa chấn Độ cao so với mực nước biển
Sơ đồ mặt bằng Cách bố trí cấu trúc trạm Kết cấu móng và hệ thống lưới nối đất Ít ảnh hưởng Ít ảnh hưởng
Sơ đồ mặt bằng trạm
Vấn đề vệ sinh thiết bị và các phần cách điện Việc bố trí hợp lý cảnh quan chung của trạm
Yêu cầu thiết kế đặc biệt
Tăng khoảng cách an toàn, làm mát phụ trợ
Giá thành đắt Thể tích đất di dời Giá thành thi công móng
Giá thành HT thoát nước
Giá thành xây dựng và khi nâng cấp trạm
Giá thành kết nối với thiết bị ngoài trạm và độ tin cậy Giá thành thiết bị ảnh hưởng đến độ tin cậy
Giá thành chuẩn bị địa điểm, giá thành TBĐ cao áp, giá thành thi công XD
Giá thành TBĐ, cấu trúc và thi công móng trạm
Giá thành thiết bị thông số được cho trước như số mạch, các đường dây đến và dây đi, và công suất danh định của các MBA.
Thời tiết và độ cao tại một vùng thường ổn định, nhưng nguy cơ động đất và mức độ ô nhiễm có thể thay đổi Để xác định vị trí lý tưởng, cần chú ý đến các yếu tố như không gian rộng rãi, chi phí hợp lý, thuận tiện giao thông và không vi phạm hành lang an toàn lưới điện Vị trí gần các trạm giao nhau hoặc đường dây điện sẽ mang lại lợi thế hơn Tuy nhiên, thực tế có thể không có địa điểm hoàn hảo, chỉ có thể đáp ứng một số tiêu chí nhất định Các tác động và ảnh hưởng của các đặc tính quan trọng của địa điểm được trình bày trong Bảng 2.2.
Bảng 2 2 Đặc tính của địa điểm đặt trạm biến áp Địa hình Hành lang đường dây Lối ra vào trạm đạt
NO Tiếp tục quan tam NO dừng
Tiếp tục quan tam NO dừng đạt
Xem xét về không gian và địa lý
Xem xét về không gian và địa lý
Xem xét về không gian và địa lý
NO Tiếp tục quan tam
YES Thực hiện hiệu chỉnh cần thiết
NO Tiếp tục quan tam
YES NO dừng Ước tính diện
Nghiên cứu khả thi và dự tính DT đất tích
Các vấn đề địa lý địa chất
Các vùng lân Giá đất
Tương thích Tiếp tục quan tam Thực hiện hiệu chỉnh cần thiết
So sánh giá thành với các phương án chọn địa điểm khác
Hình 2 2 Lưu đồ cho việc chọn địa điểm trạm
Để ước lượng diện tích khả dụng cho trạm, yếu tố đầu tiên cần xem xét là sơ đồ nối dây được chọn Diện tích này có thể thay đổi tùy thuộc vào địa hình cụ thể, các tuyến đường liên quan và các ràng buộc về lối ra vào trạm.
Khu vực xây dựng trạm cần phải thuận tiện cho nhiều mục đích như lắp đặt, vận chuyển thiết bị và kết nối các ngăn lộ, đồng thời phải đảm bảo khả năng thoát nước Việc xác định mặt bằng trạm đáp ứng các yêu cầu này thường tốn nhiều thời gian và chi phí, vì vậy việc chọn vị trí bằng phẳng, không bị ngập nước trong mọi điều kiện thời tiết là rất quan trọng.
Khi xây dựng ở vùng đồi núi, cần chú ý đến địa hình để thực hiện các công việc san lấp mặt bằng cần thiết, đồng thời xem xét ảnh hưởng của địa hình đến không gian xung quanh.
Loại đất Biện pháp xử lý Giá thành xử lý mặt bằng (theo tỷ lệ) Độ nghiêng
Cát San ủi có kích thước từ 1 đến 1.2, trong khi Đất sét San ủi có kích thước từ 1.5 đến 2 Đá (viên rời) San ủi có kích thước từ 2 đến 2.5, và Đá tảng cứng cần cho nổ với kích thước 4-5 Việc đặt các trạm cần được thực hiện càng xa càng tốt khỏi những khu vực có nguy cơ xảy ra tuyết hoặc đất lở, và kích thước của trạm có thể bị hạn chế do ngân sách và các vấn đề về địa hình.
Một giải pháp hiệu quả để giảm chi phí san lấp mặt bằng là chia trạm thành nhiều phần khác nhau, giúp tăng diện tích san lấp mà vẫn giảm khối lượng đất di dời Mặc dù việc này có thể gây khó khăn về vận hành và kết nối giữa các phần của trạm, nhưng nó cũng mang lại lợi ích khi cho phép đường dây tiếp cận từ nhiều hướng khác nhau, đồng thời giải quyết các vấn đề liên quan đến hành lang an toàn điện.
2.2.7 Các tính chất về địa lý và địa chất của đất Đất khu vực trạm phải cho phép thỏa mãn các yêu cầu về các kết cấu móng trong trạm và xây dựng đường đi cho trạm Áp lực bề mặt nhỏ nhất phải chịu được là
50 kN/m2 Chỉ cần có sự tồn tại của các nhược điểm về địa lý là đủ để loại bỏ phương án chọn lựa địa điểm trạm.
Trạm nên được đặt xa các khu vực có mìn còn sót lại do nhiều nguyên nhân, vì điều này có thể dẫn đến những sự cố nghiêm trọng Do đó, việc tránh những vị trí này là rất cần thiết để đảm bảo an toàn.
Vấn đề hệ quả từ địa lý và địa chất cần được xem xét kỹ lưỡng Bảng so sánh giá thành dưới đây sẽ làm rõ các yếu tố liên quan Trước khi tiến hành xây lắp, việc đo điện trở đất là rất quan trọng Hơn nữa, việc mở rộng diện tích trạm và cải thiện hệ thống lưới nối đất cũng là những nhiệm vụ cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
Bảng 2.3 Bảng giá thành san lấp đất (tính trên m 3 ) và độ dốc với nhiều loại đất khác nhau
Với những thiết bị siêu trường, siêu trọng như MBA lực hay kháng điện công suất lớn, việc vận chuyển là vấn đề đáng quan tâm.
Để đảm bảo an toàn trong việc vận chuyển MBA có kích thước và khối lượng lớn từ nơi sản xuất đến trạm, cần có phương án nghiên cứu cụ thể Phương án vận chuyển thiết bị cần được xem xét kỹ lưỡng trong mọi tình huống thiết bị vào và ra khỏi trạm trong suốt thời gian hoạt động Những khó khăn nhỏ có thể được khắc phục bằng cách thay đổi loại MBA, sử dụng phương tiện vận chuyển phù hợp hoặc tăng cường cầu đường tạm thời.
Trong những trường hợp nan giải, có thể dùng 3 MBA 1 pha thay cho 1 MBA
Các phương pháp tái cấu hình lưới điện [3]
Tái cấu hình lưới điện phân phối là một phần quan trọng trong vận hành hệ thống điện, nhằm giảm thiểu tổn thất công suất do điện áp thấp Mục tiêu là tìm cấu trúc vận hành hình tia với tổn thất công suất tối thiểu trong các điều kiện hoạt động bình thường Lưới điện phân phối thường được hình thành từ các mạng liên kết, sắp xếp thành cấu trúc cây hình tia, trong đó mỗi nút đại diện cho nguồn hoặc điểm nhận, và mỗi nhánh có thể tải hoặc không tải Bài toán tái cấu hình yêu cầu xác định cấu hình tối ưu để giảm tổn thất công suất, trong khi vẫn tuân thủ các ràng buộc vận hành Nhiều thuật toán như Heuristic, hệ chuyên gia, tối ưu hóa tổ hợp, và thuật toán di truyền (GA) đã được áp dụng để giải quyết vấn đề này, bắt nguồn từ nghiên cứu của Merlin và Back vào năm 1975 về việc giảm tổn thất trong lưới điện phân phối.
Shirmohammadi và Hong đã cải tiến phương pháp Heuristic trước đó của Merlin và Back Fan cùng các cộng sự đã áp dụng kỹ thuật Heuristic để khôi phục hệ thống và cân bằng tải cho nhiều nhánh Castro và Franca đề xuất các thuật toán Heuristic điều chỉnh nhằm phục hồi hệ thống và cân bằng tải Các ràng buộc vận hành được kiểm tra thông qua giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp Newton-Raphson Baran và Wu đã trình bày một phương pháp tái cấu hình dựa trên trao đổi nhánh để giảm tổn thất và cân bằng tải trong các nhánh Để hỗ trợ tìm kiếm, hai phương pháp phân bố công suất với mức độ chính xác khác nhau đã được sử dụng, cùng với một biểu thức đại số cho phép ước lượng việc giảm tổn thất khi thay đổi cấu hình.
Liu và các cộng sự đã phát triển một hệ chuyên gia nhằm giải quyết vấn đề phục hồi và giảm tổn thất trong hệ thống phân phối Mô hình tái cấu hình được xem là bài toán tối ưu phi tuyến tổ hợp, yêu cầu xem xét tất cả các cấu trúc cây khả thi từ việc đóng mở các khóa điện trong mạng Nahman và Strbac đã giới thiệu một phương pháp Heuristic, bắt đầu từ một mạng rỗng với tất cả các khóa điện và tải bị ngắt kết nối, sau đó kết nối các điểm tải vào các nhánh con hiện có, mặc dù phương pháp này không đảm bảo tối ưu toàn cục Zhu và các cộng sự đã đề xuất một phương pháp dựa trên quy tắc để nghiên cứu tái cấu hình lưới điện phân phối (DNRC), với mục tiêu giảm tổn thất công suất hệ thống và thiết lập mô hình DNRC dựa trên ràng buộc công suất của đường dây Các quy tắc tái cấu hình tối ưu được xây dựng từ kinh nghiệm vận hành hệ thống và các loại nhánh chuyển đổi Gần đây, các phương pháp mới dựa trên thuật toán di truyền (GA) cũng đã được phát triển.
Trong nghiên cứu này, phương pháp tối ưu hóa toàn cục được áp dụng thông qua công thức Min f= k l l l I 2 trong DNRC Kết quả cho thấy các thuật toán dựa trên thuật toán di truyền (GA) vượt trội hơn so với các thuật toán Heuristic truyền thống trong việc tìm kiếm giải pháp tối ưu.
2.3.2 Mô hình toán học của DNRC
Thông thường DNRC quan tâm đến bài toán giảm tổn thất công suất [4] Mô hình toán học của DNRC có thể được thể hiện bởi dòng điện nhánh
Vi Điện áp nút tại nút i k l Đại diện cho trạng thái của các nhánh k l =1 nếu nhánh l đóng, và k l = 0 nếu nhánh l mở.
Trong mô hình được trình bày, biểu thức (2-9) thể hiện ràng buộc dòng điện nhánh, trong khi biểu thức (2-10) diễn tả ràng buộc điện áp nút Biểu thức (2-11) phản ánh Định luật Kirchhoff 1 (KCL), và biểu thức (2-12) tương ứng với Định luật Kirchhoff 2 (KVL) Cuối cùng, biểu thức (2-13) chỉ ra ràng buộc về cấu hình hình tia cho từng cấu hình được xem xét, bao gồm hai ràng buộc.
(a) Tính khả thi Tất cả các nút trong mạng phải được kết nối bởi một số nhánh, tức là ở đó không có nút nào bị tách biệt.
(b) Hình tia Số lượng các nhánh trong mạng phải nhỏ hơn so với số lượng các nút một đơn vị (k l * NL = N - 1)
Do đó, cấu hình mạng cuối cùng phải được bố trí hình tia và tất cả các tải vẫn phải kết nối.
2.3.3.1 Phương pháp trao đổi nhánh đơn giản Ý tưởng cơ bản của phương pháp đổi nhánh Heuristic là tính toán sự thay đổi của tổn thất công suất bằng cách vận hành một cặp các khóa điện (đóng một và mở một khóa điện khác vào cùng một thời điểm) Mục đích là để giảm tổn thất công suất. Ưu điểm của phương pháp này là đơn giản và dễ hiểu Những nhược điểm
+ Các cấu hình cuối cùng phụ thuộc vào cấu hình mạng ban đầu.
+ Giải pháp là một tối ưu địa phương, chứ không phải là tối ưu toàn cục.
Việc lựa chọn và vận hành từng cặp khóa điện, cùng với việc tính toán phân bố công suất trong mạng hình tia, tốn nhiều thời gian.
2.3.3.2 Mô hình dòng chảy tối ưu
Mô hình dòng chảy tối ưu trong mạng điện là khi trở kháng của các nhánh được thay thế bằng điện trở tương ứng, giúp phân bố dòng công suất tuân thủ các định luật KCL và KVL Khi dòng công suất trong một vòng kín đạt tối ưu, tổn thất công suất trong mạng sẽ ở mức thấp nhất Ý tưởng chủ chốt của mô hình này là mở khóa điện của nhánh có dòng điện thấp nhất trong vòng kín, và các bước của thuật toán Heuristic được xây dựng dựa trên mô hình dòng chảy tối ưu này.
(1) Tính toán phân bố công suất của mạng hình tia ban đầu.
(2) Đóng tất cả các các khóa điện thường mở để tạo thành các mạng vòng.
(3) Tính toán dòng điện tương đương bơm vào tất cả các nút trong một vòng thông qua phương pháp bơm dòng điện.
(4) Thay thế trở kháng của nhánh tương ứng bằng điện trở của nhánh trong các vòng kín và sau đó tính toán dòng chảy tối ưu.
(5) Mở khóa điện của nhánh có dòng điện thấp nhất trong vòng kín Tính toán lại phân bố công suất phần còn lại của mạng.
(6) Mở khóa điện trên nhánh tiếp theo và lặp lại bước (5) cho đến khi mạng trở thành một mạng hình tia.
Phương pháp này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm việc cấu hình mạng cuối cùng không phụ thuộc vào cấu trúc mạng ban đầu, tốc độ tính toán nhanh hơn so với các phương pháp đổi nhánh đơn giản, và khả năng biến bài toán vận hành khóa điện tổ hợp phức tạp thành một bài toán Heuristic bằng cách mở một khóa điện mỗi lần Tuy nhiên, phương pháp cũng gặp phải một số nhược điểm do tất cả các khóa điện thường mở được đóng trong cấu hình mạng ban đầu.
Khi một mạng lưới có nhiều khóa điện thường mở, việc tính toán dòng chảy tối ưu sẽ phải xem xét nhiều vòng khác nhau Điều này có thể dẫn đến giải pháp cuối cùng không đạt được tính tối ưu do sự tương tác giữa các vòng.
Khi phân bố công suất bằng phương pháp bơm dòng điện vào, việc tính toán ma trận tổng trở Thevenin tương đương cho mạng nhiều nút là cần thiết, tuy nhiên điều này sẽ làm tăng gánh nặng tính toán.
+ Cần phải tính toán phân bố công suất mạng điện kín hai lần cho mỗi lần chuyển đổi một khóa điện (trước và sau khi mở một khóa điện).
2.2.4 Phương pháp tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method [6]
Giải thuật kiến, được đề xuất bởi Dorigo vào đầu những năm 1990, đã được ứng dụng để tối ưu hóa lưới điện phân phối với mục tiêu giảm thiểu tổn thất Phương pháp này dựa trên hành vi tìm kiếm thức ăn của đàn kiến, trong đó các con kiến chọn ngẫu nhiên đường đi từ tổ đến nguồn thức ăn Sự tích lũy dấu chân trên các đoạn đường sẽ thu hút các con kiến khác, và đoạn đường có nhiều dấu chân nhất sẽ được coi là ngắn nhất Giải thuật này đã chứng minh tính hiệu quả trong nhiều lĩnh vực như tìm kiếm thông tin trên mạng, sắp xếp thời khóa biểu cho y tá, và tìm đường tối ưu cho lái xe Nó thích hợp để giải quyết các bài toán có không gian nghiệm lớn, nhằm tìm ra cấu hình tối ưu với tổn thất công suất thấp nhất trong mạng phân phối.
Có nhiều phương pháp để khôi phục cung cấp điện trên lưới điện, bao gồm các giải thuật Heuristic, mạng nơron, thuật toán Meta Heuristic như giải thuật di truyền và lý thuyết mờ Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện tại chưa đề cập rõ ràng đến việc giảm thiểu số lần chuyển tải và số lượng khách hàng bị mất điện, nhằm tối ưu hóa thời gian khôi phục và giảm chi phí đền bù Phương pháp Heuristic dựa vào kiến thức và kinh nghiệm của các chuyên gia vận hành, nhưng gặp khó khăn khi áp dụng cho các lưới điện khác do tính chuyên gia và độ phức tạp của phần mềm Hệ chuyên gia, với cơ sở tri thức và phương pháp suy diễn, đã thành công trong việc giải quyết vấn đề tái cung cấp điện, nhưng không đảm bảo luôn tìm ra cấu hình tối ưu và có chi phí bảo trì cao Các nghiên cứu về mạng nơron, thuật toán di truyền và lý thuyết mờ hứa hẹn nhưng gặp khó khăn khi áp dụng cho lưới điện quy mô lớn do thời gian tính toán quá dài, không phù hợp với thực tiễn vận hành trong khôi phục cung cấp điện.
Có nhiều biện pháp lý thuyết để tái cấu hình khôi phục cung cấp điện cho lưới phân phối, như thiết kế thêm lộ ra, nhánh rẽ dự phòng, và lắp đặt máy phát DG dự phòng Tuy nhiên, những biện pháp này thường tốn kém về chi phí đầu tư và lắp đặt Một giải pháp hiệu quả hơn là tái cấu hình khôi phục lưới thông qua việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khóa điện, giúp nâng cao cân bằng tải và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi xảy ra sự cố, đồng thời cho phép cách ly phần tử bị sự cố để sửa chữa.
Trong quá trình vận hành lưới điện, việc tái cấu hình để tối ưu hóa cung cấp điện cho hộ tiêu thụ gặp nhiều khó khăn do ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm khóa điện Điều này đặt ra thách thức lớn cho các điều độ viên Do đó, cần thiết phải có phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật mạnh mẽ để tái cấu trúc lưới, đáp ứng các mục tiêu điều khiển của điều độ viên.
Các phương pháp xác định tổn thất công suất [7]–[11]
2.4.1 Phương pháp xác định theo τ Đây là phương pháp đơn giản và sử dụng thuận tiện nhất Trong các trạng thái, ta chọn trạng thái có ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tương đương gây ra bởi dòng điện cực đại chạy trong mạng với thời gian tổn thất cực đại theo công thức
∆A = 3.I 2max R.10 -3 τ = ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngP max τ
Imax là dòng điện cực đại chạy trong mạng (A), trong khi τ đại diện cho thời gian tổn thất công suất cực đại Nếu mạng điện liên tục tải Imax hoặc Pmax trong khoảng thời gian này, sẽ dẫn đến tổn thất điện trong mạng tương đương với tổn thất thực tế.
Phương pháp này gặp khó khăn do thời gian tổn thất cực đại thay đổi theo tính chất phụ tải, hệ số công suất và thời gian sử dụng công suất cực đại.
Việc tính toán tổn thất điện năng theo công thức hiện tại có thể dẫn đến sai số lớn Để xác định giá trị thời gian tổn thất cực đại, cần dựa vào đồ thị phụ tải.
Pmin 2 τ không phải bao giờ cũng có thể xác định được một cách dễ dàng, do đó trong thực tế khi không có đồ thị phụ tải người ta áp dụng một số công thức thực nghiệm để tính τ một cách gần đúng sau đây
T max Thời gian sử dụng công suất cực đại (h).
Khi áp dụng phương pháp này, đồ thị phụ tải của công suất tác dụng và công suất phản kháng được xem là đồng thời cực đại, tuy nhiên giả thiết này có thể gây ra sai số lớn trong quá trình tính toán Ưu điểm của phương pháp này là giúp tối ưu hóa việc phân tích và quản lý công suất trong hệ thống điện.
- Giá trị I max hay P max xác định bằng tính toán hoặc đo đếm
- Nếu một đường dây cấp điện cho các trạm tiêu thụ có tính chất giống nhau thì khối lượng đo đếm không lớn.
- Cho biết tình trạng làm việc của toàn lưới, xác định được phần tử nào làm việc không kinh tế. b Nhược điểm
- Việc xác định chính xác giá trị τ rất khó nếu không có đồ thị phụ tải.
Khi không có đồ thị phụ tải, việc xác định τ dựa trên T max thông qua các công thức thực nghiệm thường dẫn đến kết quả tính toán với sai số lớn.
- Trên lưới điện có nhiều phụ tải để xác định được giá trị của τ ứng với nhiều phụ tải sẽ tốn rất nhiều công sức và thời gian.
2.4.2 Phương pháp xác định theo τ p và τ q
Để giảm thiểu sai số trong việc tính toán tổn thất điện năng, cần xem xét hình dáng đồ thị phụ tải và hệ số công suất Bên cạnh đó, cũng cần xác định xem giá trị cực đại của công suất tác dụng và công suất phản kháng có xảy ra đồng thời trong suốt một ngày đêm hay không.
- Để xét đến điều kiện trên người ta dùng phương pháp xác định tổn thất điện năng theo τ p và τ q
Trong công thức tính tổn thất công suất cực đại, tổn thất điện năng được xác định qua hai thành phần chính: tổn thất do công suất tác dụng P (ΔP_p) và tổn thất do công suất phản kháng Q (ΔP_q) Thời gian tương ứng với từng loại tổn thất cũng được phân tích thành τ_p và τ_q Công thức tổng quát cho tổn thất điện năng là ΔA = ΔP_p.τ_p + ΔP_q.τ_q, trong đó ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tương ứng được tính toán để xác định mức tổn thất tối đa.
- Khó khăn đối với phương pháp này là đồ thị công suất phản kháng ít khi được xây dựng nên phương pháp này ít được sử dụng.
Để tính toán theo phương pháp này, cần xem xét trạng thái phụ tải cực đại và cực tiểu Trong biểu đồ phụ tải ngày đêm, người ta chia thành hai phần: t max, khoảng thời gian có công suất cực đại, và t min, khoảng thời gian còn lại tương ứng với công suất cực tiểu.
- Điện năng tiêu thụ trong một ngày đêm A nđ có thể viết theo công thức
A nđ = P max t max + P min t min
Trong đó tmax + tmin = 24 giờ
Suy ra t max = A P nđ −24P min max −P min t min = 24 − t max
Tôi áp dụng nguyên tắc diện tích cho từng phần đồ thị để xác định thời gian tổn thất công suất của từng đoạn.
Ta coi cosφ = const và 𝑃𝑖2 trùng 𝑆𝑖2khi đó ta có
Từ đó ∆Anđ = ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPmax.τmax + ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPmin.τmin
𝐴𝑡𝑏𝑛đ - điện năng ngày đêm trung bình để tính toán.
𝐴𝑛đ - điện năng ngày đêm của ngày chọn để tính toán.
2.4.4 Phương pháp hệ số phụ tải [12]
- Hệ số tải (Load factor) Là tỉ số giữa công suất trung bình trên công suất cực đại của đồ thị phụ tải (ký hiệu LF).
𝐴𝑇 Điện năng cung cấp trong thời gian T.
Hệ số tổn thất (Loss factor) là tỉ số giữa tổn thất công suất trung bình và tổn thất công suất lớn nhất, được xác định theo công suất phụ tải cực đại, ký hiệu là LsF.
∆𝐴𝑇 Tổn thất điện năng trong thời gian T (ví dụ 1 năm).
- Quan hệ giữa Tmax, τ với LF và LsF Từ định nghĩa LF và LsF có thể suy ra những mối quan hệ sau
𝑇 Đối với đường dây một phụ tải
𝐼𝑡𝑏𝑏𝑞 Dòng điện trung bình bình phương.
- Quan hệ giữa LF và LsF được xây dựng dưới dạng các hàm thực nghiệm cho các loại lưới điện và phụ tải khác nhau.
Nhìn chung ta có LF2 < LsF < LF
Một số hàm thực nghiệm hay được sử dụng
Trong đó c = 0,3 Đối với lưới truyền tải. c = 0,15 Đối với lưới phân phối. Ở Anh và Úc sử dụng công thức
- Tính toán tổn thất điện năng theo hệ số tổn thất
Từ đó thể suy ra ∆A T = ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngP max T LsF (2.22)
PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
Giới thiệu
Từ hàm tổn thất công suất trên lưới điện lưới hình tia đơn giản có công thức như biểu thức 3.1.
Trong đó P tổn thất công suất
Udm điện áp vận hành r0 điện trở trên 1 km của dây dẫn
Pn, Qn công suất tác dụng và phản kháng truyền trên nhánh 3 pha
Như vậy, để giảm tổn thất công suất, hiện nay có rất nhiều phương pháp để giảm tổn thất công suất.
3.1.1 Đánh giá mức độ cân bằng pha trên lưới điện
Công thức (3.1) chỉ ra rằng tổn thất được tính trên lưới điện 3 pha cân bằng Khi có sự mất cân bằng giữa các pha, dòng điện sẽ xuất hiện trên dây trung tính, ngay cả khi lưới điện hoạt động theo hình tia, dẫn đến việc tăng tổn thất công suất.
Việc duy trì hệ số công suất cos giữa các pha có thể dễ dàng đạt được bằng cách bù trên lưới hạ thế để đạt cos 0,95 Tuy nhiên, việc giữ biên độ dòng điện giữa các pha bằng nhau lại là một thách thức, ngay cả khi chúng gần bằng nhau Do đó, việc cân bằng pha cần được ưu tiên xem xét, đặc biệt trong các lưới điện, khi sự phát triển của lưới 1 pha có thể dẫn đến mất cân bằng đáng kể trên các pha của hai phát tuyến.
3.1.2 Đánh giá mức độ giảm điện trở đơn vị Để giảm tổn thất công suất, biện pháp khá đơn giản là giảm r0 trên đường dây bằng cách tăng tiết diện dây dẫn Tuy nhiên, điều này dẫn đến chi phí đầu tư khá lớn. Dựa và biểu thức (3.1) khi công suất chuyển tải tăng gấp 2 mà vẫn muốn giữa nguyên tỷ sốP/P hayA/A mà không có một tác động ngoài giải pháp này thì việc tăng gấp đôi tiết diện dây là điều hiển nhiên.
Tái cấu hình lưới điện phân phối là biện pháp hiệu quả để giảm P và A bằng cách cân bằng Pn, Qn và L giữa các nhánh và tuyến dây Giải pháp này không chỉ giúp cân bằng các pha trên tuyến dây mà còn không yêu cầu đầu tư thêm chi phí xây dựng, chỉ cần thay đổi trạng thái khoá điện trên các phát tuyến Tuy nhiên, do lưới điện hạ thế thường không liên thông, việc giảm tổn thất điện năng gặp khó khăn, vì vậy chủ yếu cần tập trung vào việc cân bằng các pha, bù công suất phản kháng và lắp đặt thêm trạm biến áp 22/0,4 kV mới để cải thiện hiệu suất lưới hạ thế, dẫn đến chỉ số cos tại trạm cao hơn sau khi thực hiện các giải pháp cải tiến.
Hệ số công suất cosϕ = 0,95 tại phía hạ thế không giảm đáng kể khi qua MBA 22/0,4 kV do tổn hao ΔQ của MBA là không đáng kể Do đó, mối quan hệ giữa Pn và Qn được thể hiện tại (3.4) Dựa vào mối quan hệ (3.1) và (3.4), ảnh hưởng của việc bù công suất phản kháng trực tiếp lên lưới trung thế để giảm tổn hao công suất ΔP hay ΔA là rất ít so với việc cân bằng lại Pn và L giữa các tuyến dây.
3.1.4 Tăng điện áp vận hành
Tổn hao công suất P hay A sẽ giảm khi tăng điện áp vận hành U dm Cụ thể, nếu tăng điện áp lên 10% so với định mức, tổn hao sẽ giảm tới 20% Giải pháp này khá đơn giản, chỉ cần thay đổi nấc điều áp của MBA 110/22kV trung gian Tuy nhiên, biện pháp này thường chỉ được áp dụng khi đưa trạm và tuyến dây vào vận hành, do đó, các nhân viên vận hành đã thực hiện các biện pháp giảm tổn hao công suất và không thể tăng thêm điện áp vận hành vì đã chạm ngưỡng cho phép.
3.1.5 Xây dựng thêm nối tuyến Đây là giải pháp hợp lý với chi phí đầu tư ít nhưng hiệu quả cao sau khi đã đầu tư xây dựng các phát tuyến trung thế mới nhằm giảm tải cho các tuyến trung thế cũ. Đây là giải pháp tăng thêm không gian vận hành cho lưới phân phối nhằm đạt hiệu quả tái cấu hình lưới nhằm giảm tổn thất công suất hay các mục tiêu liên quan như trình bày tại phần tổng quan Vì vậy, biện pháp này chỉ nên thực hiện sau khi các biện pháp như tái cấu hình lưới phân phối, cân bằng pha và bù công suất phản kháng được thực hiện.
3.1.6 Bù công suất phản kháng
Tại biểu thức (3.1), dòng công suất phản kháng Q n có thể giảm bằng cách lắp đặt các tụ bù ngay tại phụ tải theo biểu thức
Việc bù công suất phản kháng (Q) trên lưới trung thế chủ yếu nhằm bù đắp tổn hao công suất phản kháng, đặc biệt là ở lưới trung thế nổi có cảm kháng cao Hệ số công suất đo tại cao áp của MBA 22/0,4 kV khá cao do đã thực hiện bù tại phía hạ thế Tuy nhiên, việc bù thêm Q trên lưới trung thế có thể làm tăng tổn thất, và sẽ không hiệu quả trong việc giảm tổn hao công suất ΔP hay ΔA so với việc bù tại lưới hạ thế Bù tại lưới hạ thế không chỉ nâng cao hệ số công suất và giảm tổn hao mà còn tăng khả năng tải của MBA 22/0,4 kV.
3.1.7 Cấy thêm trạm biến áp
Với sự phát triển nhanh chóng của phụ tải điện, việc lắp đặt thêm trạm biến áp trở thành một giải pháp quan trọng để giảm thiểu nguy cơ quá tải cho đường dây hạ thế Cấy trạm biến áp không chỉ giúp cải thiện hiệu suất lưới điện mà còn giảm thiểu tổn thất công suất trên hệ thống điện hạ thế.
Phương pháp đề xuất
Hiện nay, phương pháp lắp đặt trạm biến áp được đề xuất chỉ áp dụng cho lưới điện phân phối hình tia Công thức tính toán tổn thất công suất trên lưới điện hình tia đơn giản được thể hiện qua hàm (3.1).
- Khi bù công suất phản kháng thì chỉ tác động đến Q mà không ảnh hưởng nhiều đến dung lượng của trạm biến áp.
- Khi tăng điện áp vận hành tức là tác động vào U 2 nhưng chỉ tăng đến giới hạn điện áp tối đa của thiết bị khách hàng.
Giảm r 0 có thể thực hiện bằng cách tăng tiết diện dây, tuy nhiên điều này đòi hỏi chi phí lớn Phương pháp này chỉ giúp giảm quá tải trên đường dây mà không nâng cao được dung lượng của các trạm biến áp.
Các phương pháp đã đề cập không có khả năng tăng công suất của hệ thống Khi tải tăng, cần phải nâng cao công suất của MBA Nếu chỉ điều chỉnh công suất đặt của MBA mà không tăng công suất thực tế, thì cần áp dụng các phương pháp để giảm tổn thất.
Cấy thêm trạm biến áp phù hợp và tái cấu hình sẽ ảnh hưởng đến công thức (3.1) liên quan đến công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và chiều dài L Trong đó, P và L là hai đại lượng chưa được giải quyết trong các giải pháp cũ Tuy nhiên, việc cấy thêm trạm biến áp gặp khó khăn về vị trí và công suất, trong đó vị trí là thách thức lớn nhất, đặc biệt đối với các dự án cải tạo yêu cầu tính thẩm mỹ cao.
Việc cấy thêm trạm và tái cấu hình lưới hạ thế là giải pháp tối ưu để tăng công suất và giảm tổn thất điện năng Các trạm biến áp hiện tại thường lắp đặt tại khu vực phụ tải, nhưng điều này dẫn đến quá tải trên các tuyến dây do nhu cầu tăng cao Thay thế trạm lớn hơn để tăng cường công suất thường không hiệu quả về kinh tế, do đó, lắp đặt thêm trạm mới là phương pháp phổ biến hơn Để tối ưu hóa công suất, các trạm gần nhau thường được liên kết, tạo thành hệ thống giúp tăng cường độ tin cậy và điều động công suất hiệu quả Mặc dù tổn thất công suất có thể cao hơn khi lắp đặt trạm mới tại một vị trí, nhưng sự chênh lệch này không đáng kể so với tình trạng quá tải của đường dây Để đạt được mục tiêu giảm quá tải và hiệu quả kinh tế, lưới điện phân phối hiện tại cần có sự thay đổi cấu hình chỉ khi thật sự cần thiết Nghiên cứu đề xuất kết hợp hạ trạm biến áp bổ sung với tái cấu hình lưới điện hạ thế nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế của phụ tải và giảm tổn thất công suất.
Xét lưới điện phân phối đơn giản, với ba vị trí lắp đặt trạm biến áp 22/0,4kV, cho phép mô tả đầy đủ các trường hợp vị trí khóa mở và khóa đóng mà không làm mất tính tổng quát.
Hình 3.1 Lưới điện kín và hở
Trong lưới điện đơn giản có các trạm biến áp, chiều dương được chọn theo hướng ngược chiều kim đồng hồ Khi khóa diện MN đóng, lưới điện đang hoạt động ở trạng thái mạch vòng Dòng điện trên các nhánh thứ i được ký hiệu là I i (i=1 n) Khi khóa được mở, hệ thống sẽ chuyển trạng thái.
MN, nếu giả thiết dòng điện trên các nhánh thuộc OM giảm đi một lượng IMN, thì
2 R 2I I I MN R MN MN I R MN I MN R MN I MN
IMN MN MN R i i MN MN R i i I
Khi ∆𝑃ℎở − ∆𝑃𝑘í𝑛 = 𝐼𝑀𝑁 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝 = > 0, điều này cho thấy ∆𝑃ℎở lớn hơn ∆𝑃𝑘í𝑛, dẫn đến dòng điện trên các nhánh thuộc ON sẽ tăng lên một lượng I MN Tổn thất công suất tác dụng ∆P cho lưới điện kín và lưới điện hở của LĐPP được mô tả bởi các biểu thức (3.5) và (3.6) Tổn hao công suất của LĐPP trước khi tái cấu hình lưới được nêu rõ trong tài liệu [13].
So sánh tổn thất công suất tác dụng của LĐPP vận hành mạch vòng và vận hành hở được biểu diễn theo biểu thức (3.6)
iOM iNO ho kin 2 Loop in in
Với R MNLoop là tổng điện trở các nhánh trong vòng kín MN
Trong lưới điện mạch hở, dòng điện trên các nhánh không phụ thuộc vào tổng trở mà chỉ vào công suất tiêu thụ của phụ tải Có thể giả định tồn tại một lưới điện với tổng trở nhánh thuần trở, vẫn đảm bảo tổn hao công suất tác dụng như lưới điện thông thường Khi đóng khóa điện trên nhánh MN, theo định luật K2, sẽ có những thay đổi nhất định trong dòng điện.
Vì vậy khi thay (3.6) vào (3.5) sẽ được
Từ công thức (3.9) cho thấy
(3.9) trị 𝐼𝑀𝑁 𝑅𝑙𝑜𝑜𝑝 nên nếu mở khóa điện trên nhánh có dòng điện I MN =0 trên lưới kín thì
- Độ lệch tổn hao công suất trên lưới điện kín và lưới điện hở phụ thuộc vào giá
Tổn hao công suất trên lưới hở tương đương với tổn hao trên lưới kín, cho thấy rằng tổn thất trên lưới điện hở có thể đạt giá trị tối thiểu Tuy nhiên, trong thực tế, trường hợp này hầu như không xảy ra, dẫn đến việc tổn hao công suất trên lưới điện hở chỉ có khả năng giảm gần đến giá trị tổn hao của lưới điện kín, do sự khó khăn trong việc phân bố công suất trên mạch vòng có dòng.
Lưới điện hở thường có tổn hao lớn hơn lưới điện kín, ngay cả khi có trạm biến áp Việc xác định vị trí trạm biến áp với dung lượng phù hợp giúp giảm thiểu tổn hao của lưới điện kín xuống mức tối thiểu là Điều này tạo điều kiện thuận lợi để tìm ra cấu hình vận hành hiệu quả cho lưới điện hở, tiến tới giảm thiểu tổn hao đến giá trị .
Việc xác định cấu hình lưới điện hở từ lưới điện kín có trạm biến áp liên quan đến quá trình mở các khóa điện, ảnh hưởng đến độ lệch tổn hao công suất giữa hai loại lưới Cấu hình này, khi bổ sung trạm biến áp, vẫn đảm bảo hàm mục tiêu F mô tả tại (3.7) cho lưới điện kín, giữ nguyên tính hợp lệ cho mục tiêu ban đầu của bài toán.
CA Tram CA CB Tram CB C16 Tram CC
C25 KV11 C26 KV12 C30 KV13 C32 SUKIEN1 C35 KV21 C36 KV22 C37 KV23 C38 SUKIEN2 C31 KV31 C39 KV32 29.2 KV33 30.2 SUKIEN3
Khu Cvuc C1 Khu Cvuc C2 Khu Cvuc C3
Hình 3.2 Sơ đồ thực tế của 3 nhóm phụ tải Hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất và chống quá tải
Với tổn thất công suất của hệ thống bằng tổng tổn thất trên các nhánh.
LBImax Dòng điện quá tải.
Trong đó ΔP lớn nhất và tính tổn thất ở trạng thái này, tổn thất tươngPi Tổn thất công suất tác dụng trên nhánh thứ i
P i , Q i Công suất tác dụng và công suất phản kháng trên nhánh thứ i
Vi, Ii Điện áp nút kết nối của nhánh và dòng điện trên nhánh thứ i
P loss Tổn thất công suất tác dụng của hệ thống ki Trạng thái của của các khóa điện, nếu ki = 0, khóa điện thứ i mở và ngược lại.
Trong luận văn này, trạm biến áp có công suất nhỏ được lựa chọn nhằm tối ưu hóa cấu hình lưới điện khi bổ sung thêm các trạm biến áp Đồng thời, công suất tối đa của các trạm biến áp cũng được xác định một cách cụ thể.
𝑠𝑇𝐵𝐴𝑖,𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑠𝑇𝐴𝐵,𝑖 ≤ 𝑠𝑇𝐵𝐴𝑖,𝑚𝑎𝑥 , 𝑣ớ𝑖 𝑖 = 1, 2, … , 𝑁𝑇𝐵𝐴 (3.11) Dòng điện chạy qua các nhánh phải luôn nằm trong giới hạn cho phép của đường dây
|𝐼𝑖 | ≤ 𝐼𝑖,𝑚𝑎𝑥 , 𝑣ớ𝑖 𝑖 = 1, 2, … , 𝑁𝑏𝑟 (3.12) Điện áp các nút phải được giữ trong giới hạn vận hành cho phép
Việc xác định cấu hình vị trí đặt trạm nhằm giảm thiểu tổn thất công suất có thể được thực hiện hiệu quả bằng kỹ thuật trao đổi nhánh Các bước thực hiện quy trình này sẽ giúp tối ưu hóa vị trí và nâng cao hiệu suất hệ thống.
Bước 1 Máy biến áp bổ sung Xác định vị trí lắp đặt trạm biến áp tương ứng với mạch vòng.
Bước 2 Xác định vòng kín có chứa khóa mở ban đầu ở cấu hình vận hành hình tia.
Bước 3 Giải bài toán phân bố công suất, tính toán hàm mục tiêu tổn thất bé nhất (với ràng buộc chống quá tải, ràng buộc về điện áp).
Bước 4 Thay thế khóa đang mở trong vòng kín bằng một khóa khác trong vòng kín có dòng điện bé nhất, để tạo cấu hình ban đầu.
Bước 5 Xét từng cấu hình i khôi phục ban đầu.
Bước 6 Xét từng khóa điện j trong cấu hình khôi phục ban đầu đang xét.
Trong quy trình thay khóa điện, bước 7 yêu cầu thay thế khóa điện đang xét bằng các khóa điện tương ứng trong vòng kín Tiếp theo, bước 8 tập trung vào việc giải bài toán phân bố công suất, nhằm tính toán hàm mục tiêu để giảm thiểu tổn thất, đồng thời đảm bảo các ràng buộc về chống quá tải và điện áp được tuân thủ.
Bước 9 Xác định cấu hình có hàm mục tiêu tốt nhất khi thay khóa mở bằng các khóa ở vòng kín tương ứng.