Luận văn được nghiên cứu với mục tiêu nhằm tìm hiểu các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp dụng. Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện, các phương pháp đánh giá và những yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối. Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật Gravitational Search Algorithm – GSA để tìm ra cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi hệ thống.
GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
Đặt vấn đề
Điện năng là hàng hóa đặc biệt, đóng vai trò quan trọng trong ổn định và phát triển kinh tế xã hội cũng như an ninh chính trị của quốc gia Điện được sản xuất từ nhà máy phát điện, sau đó được truyền tải và phân phối đến khách hàng qua các công ty Điện lực Mục tiêu chính của ngành điện là cung cấp điện và chất lượng điện năng tốt nhất với giá cả hợp lý, điều này quyết định sự tồn tại và phát triển của các công ty Điện lực Việt Nam trong bối cảnh thị trường hóa ngành điện Trên thế giới, các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu để tìm ra giải pháp cung cấp điện và cải thiện chất lượng điện năng, bao gồm việc khai thác nguồn năng lượng tái tạo và phát triển các hệ thống thông minh như SCADA/EMS/DMS.
Với đặc thù của lưới điện phân phối Việt Nam, việc tái cấu trúc lưới điện được đề xuất nhằm tối ưu hóa vận hành, tìm kiếm cấu trúc phù hợp cho từng mục tiêu riêng lẻ hoặc nhiều mục tiêu khác nhau Mục tiêu chính là giảm chi phí vận hành và giảm thiểu chi phí ngừng cung cấp điện cho khách hàng.
Luận văn này nghiên cứu xây dựng thuật toán tính toán chi phí ngừng cung cấp điện cho từng cấu trúc lưới điện, nhằm áp dụng vào bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm thiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện Phương pháp sử dụng giải thuật tối ưu trọng trường Gravitational Search Algorithm (GSA) Kết quả được khảo sát trên nhiều loại lưới điện, từ đơn giản đến phức tạp, và được thử nghiệm trong nhiều tình huống khác nhau.
Việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trong lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích như sau:
1.1.1 Đối với các công ty Điện lực
- Giảm giá thành điện năng do giảm được chi phí bồi thường thiệt hại cho khách hàng khi ngừng cung cấp điện
- Tăng lợi nhuận cho các công ty Điện lực do tăng lượng điện năng cung cấp cho khách hàng
- Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các công ty Điện lực trong thị trường điện đang ngày được thương mại hóa
Tái cấu trúc lưới điện phân phối với sự chú trọng đến độ tin cậy trong cung cấp điện sẽ giúp giảm tổn hao công suất trên đường dây và tối ưu hóa chi phí vận hành.
1.1.2 Đối với khách hàng sử dụng điện
- Giảm được chi phí sản xuất, thiệt hại do ngừng cung cấp điện
Đảm bảo kế hoạch sản xuất, sinh hoạt và giải trí trong cuộc sống con người là rất quan trọng, đặc biệt trong việc phòng tránh ảnh hưởng của việc mất điện đối với các cơ sở thiết yếu như bệnh viện và sân bay.
1.1.3 Đối với mặt kinh tế trong ngành điện
- Tạo ra một thị trường điện cạnh tranh lành mạnh
- Thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế
Việc tối thiểu hóa chi phí ngừng cung cấp điện và đánh giá độ tin cậy cũng như cấu trúc lại lưới điện phân phối là một nhiệm vụ khó khăn và phức tạp, đồng thời độ chính xác trong quá trình này thường không cao do nhiều nguyên nhân khác nhau.
- Độ tin cậy của từng phần tử trong lưới điện là một hàm rời rạc và phân bố theo thời gian
Độ tin cậy của các phần tử trong lưới điện chịu ảnh hưởng mạnh mẽ từ các điều kiện tự nhiên, vị trí địa lý và khí hậu của khu vực mà lưới điện phân phối đi qua.
Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối cần nhiều số liệu thu thập qua phương pháp thống kê Tuy nhiên, việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện tại Việt Nam hiện nay gặp không ít khó khăn.
- Thiết bị điện đã quá lạc hậu và đang trong quá trình thay mới dần
- Việc thu thập các số liệu trong quá trình vận hành chưa được chú trọng và lưu giữ cẩn thận
- Các hệ thống giám sát và điều khiển từ xa theo thời gian thực chưa được phát triển rộng rãi đến lưới điện phân phối
Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã ban hành các chỉ tiêu nghiêm ngặt nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, yêu cầu lưới điện phải có cấu trúc vận hành ổn định và đáng tin cậy.
Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Mục tiêu của luận văn là tìm kiếm một giải thuật tối ưu nhằm tái cấu trúc lưới điện phân phối, đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện Luận văn này sẽ giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến việc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện.
- Tìm hiểu các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp dụng
Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện tập trung vào các phương pháp đánh giá và các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện phân phối Độ tin cậy cung cấp điện là một yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến sự ổn định và hiệu quả của hệ thống điện Các phương pháp đánh giá độ tin cậy giúp xác định khả năng cung cấp điện liên tục và giảm thiểu sự cố Những yếu tố như hạ tầng, bảo trì, và quản lý nguồn lực cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối.
Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng thuật toán Tìm kiếm Gravitational (GSA) giúp xác định cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới điện phân phối Mục tiêu là giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho từng hệ thống.
Kiểm chứng trên các lưới điện mẫu giúp đánh giá tính chính xác của ý tưởng đề xuất và so sánh với kết quả thực tế của lưới điện khi vận hành thực tế.
Phạm vi nghiên cứu của luận văn
Luận văn nghiên cứu tập trung vào việc tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành và giảm thiểu chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống.
Bài viết này trình bày việc xây dựng thuật toán tính toán chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho các cấu trúc lưới điện Đồng thời, thuật toán Tìm kiếm Gravitational được áp dụng cho hệ thống lưới điện với hai nguồn, ba nguồn và một nguồn, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí.
Hướng giải quyết vấn đề
- Phân tích tổng hợp tài liệu liên quan đến bài toán tái cấu trúc lưới điện
- Cơ sở liên quan đến đề tài nghiên cứu
- Sử dụng các phương pháp tính toán học để xây dựng hàm mục tiêu giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống
Sử dụng Giải thuật Tìm kiếm Lực hấp dẫn (GSA) để xác định cấu trúc tối ưu giúp giảm thiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho lưới điện phân phối Phương pháp này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất mà còn đảm bảo tính bền vững cho hệ thống điện.
- Sử dụng phần mềm Matlab để tính toán, kiểm tra lưới điện.
Giá trị thực tiễn của luận văn
Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối giúp giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện Nghiên cứu lý thuyết và kết quả mô hình tính toán cho thấy rằng một lưới điện được cấu trúc hợp lý sẽ tạo ra cấu hình tối ưu, từ đó đạt được chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện ở mức tối thiểu.
- Luận văn góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
- Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện phân phối.
Bố cục của luận văn
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TPHCM
Hệ thống điện
Hệ thống điện phân phối bao gồm lưới điện phân phối lấy nguồn từ các trạm trung gian 110/15/22 kV và các nhà máy điện, có nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân bố điện năng hiệu quả.
Hệ thống điện liên tục phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải Tùy vào lĩnh vực nghiên cứu, hệ thống điện được phân chia thành hai khía cạnh độc lập.
- Về mặt quản lý và vận hành, hệ thống điện được phân bố thành:
Các nhà máy phát điện bao gồm nhiều loại như thủy điện, nhiệt điện, địa nhiệt, tua bin gió và năng lượng từ dòng thủy triều Những nhà máy này được quản lý và vận hành bởi các công ty chuyên về phát điện.
Lưới điện truyền tải là hệ thống bao gồm các đường dây và trạm biến áp với điện áp từ 110kV trở lên, có nhiệm vụ nhận công suất từ các nhà máy điện và truyền tải điện đi xa Hệ thống này được quản lý và vận hành bởi công ty truyền tải điện phối hợp cùng các điều độ miền.
Lưới điện phân phối là hệ thống bao gồm các đường dây và trạm biến áp với điện áp từ 35kV trở xuống, có nhiệm vụ phân phối công suất đến từng phụ tải Hệ thống này được quản lý và vận hành bởi các công ty Điện lực phối hợp cùng các điều độ lưới phân phối.
- Về mặt nghiên cứu, tính toán thì hệ thống điện được phân thành:
+ Lưới truyền tải siêu cao áp (500kV)
+ Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV)
+ Lưới phân phối hạ áp (0.4 kV và 0.22 kV)
Sơ đồ một hệ thống điện được thể hiện như sau:
Hình 2.1 : Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối
Hệ thống điện tại Thành phố Hồ Chí Minh bao gồm lưới điện phân phối, có nhiệm vụ truyền tải điện từ các nhà máy phát điện, như nhà máy thủy điện Thác, đến trạm biến áp tăng áp Tại đây, điện được đưa vào lưới điện truyền tải trước khi đến các trạm biến áp trung gian và cuối cùng phân phối đến tay người tiêu dùng.
Mơ, Trị An, Đa Nhim, cụm Nhiệt Điện Phú Mỹ và hệ thống 500kV Bắc–Nam kết nối qua máy biến thế 500/220kV tại Phú Lâm và Nhà Bè, cùng với Gas Turbin Thủ Đức, góp phần tăng cường công suất cho hệ thống điện Thành phố Hồ Chí Minh.
Hiện nay, TPHCM được cung cấp điện từ các trạm nguồn 220/110kV như Cát Lái, Hóc Môn, Nhà Bè, Phú Lâm, Tao Đàn, Thủ Đức và Vĩnh Lộc, với tổng công suất lên tới 1.750 MVA Lưới truyền tải của Tổng Công ty Điện lực TP.HCM bao gồm 0,51 km cáp ngầm 220kV, 575,34 km đường dây 110kV và 32,71 km cáp ngầm 110kV, phục vụ cho 40 trạm trung gian với tổng dung lượng máy biến thế 4.516 MVA Ngoài ra, lưới điện phân phối tại TP.HCM có 5.737,987 km đường dây trung thế, 10.597,819 km đường dây hạ thế và 23.834 trạm biến thế phân phối, cung cấp tổng dung lượng 9.520 MVA cho 1.945.380 khách hàng.
Hình 2.2 : Sơ đồ lưới điện TPHCM năm 2015
Hình 2.3 : Sơ đồ lưới điện trung thế của Điện lực An Phú Đông
+ Biến đổi điện thế 500/220 kV để truyền tải cho các trạm nút như Hóc Môn, Nhà
Bè, Cai Lậy và chính nó
+ Biến đổi điện thế 220/110 kV để truyền tải cho các trạm trung gian 110/15 kV + Biến đổi điện thế 110/15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực
Trạm Phú Lâm chủ yếu nhận điện từ “Đường dây 500 kV”, đồng thời có khả năng lấy điện từ các nguồn khác như NMĐ Trị An–Hóc Môn–Phú Lâm và NMĐ Phú Mỹ 1,2–Nhà Bè–Phú Lâm khi có sự cố hoặc cần nguồn đổ ngược từ Nam ra Bắc.
+ Tụ Bù: Trạm Phú Lâm có hai giàn tụ bù 50 MVAr cấp điện thế 35 kV dùng để bù phần công suất phản kháng trên đường dây 500kV
+ Biến đổi điện thế 220/110 kV để phân phối cho các trạm trung gian 110/15 kV + Biến đổi điện thế 110/15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực
Trạm Hóc Môn chủ yếu nhận điện từ Nhà máy điện Trị An và đường dây 500 kV Phú Lâm - Hóc Môn, đồng thời kết nối với trạm Thủ Đức qua đường dây 220 kV Thủ Đức - Hóc Môn.
+ Tụ Bù: Trạm Hóc Môn chỉ có 1 giàn tụ bù 50MVAr cấp điện thế 110 kV
+ Các phát tuyến 220 kV thuộc lưới điện TPHCM: Thanh cái TC29 & TC21 & TC22
+ Các phát tuyến 110 kV thuộc lưới điện TPHCM: Thanh cái TC19 & TC 11 & TC12
Hóc Môn – Bà Quẹo – Lưu Động 1 173
Hóc Môn - Củ Chi – Phú Hoà Đông 171
+ Các phát tuyến 15 kV thuộc lưới điện TPHCM:
Hóc Môn – KCN Tân Thới Hiệp 884
Hóc Môn – Phần mềm Quang Trung 1 888
Hóc Môn – Phần mềm Quang Trung 2 883
+ Biến đổi điện thế 220/110 kV để phân phối cho các trạm trung gian 110/15 kV + Biến đổi điện thế 110/22-15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực
Trạm Nhà Bè chủ yếu nhận điện từ nhà máy điện Phú Mỹ 1 và 2 (220 kV) cùng với nhà máy điện Hiệp Phước (110 kV) Trong trường hợp xảy ra sự cố, trạm cũng có khả năng lấy điện từ nguồn dự phòng.
“Đường dây 500 kV“ – Phú Lâm – Nhà Bè
+ Biến đổi điện thế 220/110kV để phân phối cho các trạm trung gian 110/15kV + Biến đổi điện thế 110/22-15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực
Trạm Sài Gòn chủ yếu lấy điện từ trạm Long Bình và trạm Hóc Môn với điện áp 220 kV Ngoài ra, các nguồn dự phòng bao gồm nhà máy điện hơi nước Thủ Đức S1, S2, S3 và các nhà máy điện Gas Turbine GT1, GT2, GT3, GT4, GT5.
+ Máy Bù và Tụ Bù: Trạm Thủ Đức có 2 máy bù đồng bộ -9 ÷ +18 kVAr cấp điện áp 15kV và giàn tụ bù 50MVAr có công suất 4x10VAr
+ Biến đổi điện thế 220/110kV để phân phối cho các trạm trung gian 110/15kV + Biến đổi điện thế 100/22-15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực
+ Nguồn cung cấp: Lấy điện chủ yếu từ trạm Thủ Đức (220 kV) và NMĐ Phú Mỹ
+ Biến đổi điện thế 220/110kV để phân phối cho các trạm trung gian 110/15kV + Biến đổi điện thế 100/22-15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực
+ Nguồn cung cấp: Lấy điện chủ yếu từ trạm Nhà Bè(220 kV)
+ Biến đổi điện thế 220/110kV để phân phối cho các trạm trung gian 110/15kV + Biến đổi điện thế 100/22-15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực
+ Nguồn cung cấp: Lấy điện chủ yếu từ trạm Phú Lâm (220 kV) Và trạm Hóc Môn
- Lưới truyền tải 110 kV cung cấp cho khu vực TP.HCM thông qua các trạm trung gian như sau:
+ Gồm có các phát tuyến thuộc Điện Lực Thủ Thiêm quản lý:
Tuyến An Lợi Đông 873AK
Gồm 2 phát tuyến cung cấp cho địa bàn huyện Cần Giờ thuộc quản lý của Điện Lực Duyên Hải :
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, 3T 40 MVA 115 9x1.78%/15.75/6.6 kV
Các phát tuyến 15 kV cung cấp điện cho quận Tân Bình và quận Tân Phú được quản lý bởi Điện Lực Tân Bình và Tân Phú.
Tuyến Phú Thọ Hòa 875BQ
Tuyến Song Mỹ Châu 871BQ
Gồm các tuyến cung cấp cho địa bàn Phú Nhuận, Bình Thạnh, Thủ Đức và quận
Gò Vấp do Điện Lực Thủ Đức, Gia Định và Gò Vấp quản lý cụ thể như sau:
Công suất: 1T 63 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/11 kV, 2T 63 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/6.6 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Sài Gòn và Chợ Lớn quản lý:
Tuyến Thái Tổ-Dân Chủ 873BT
Tuyến Bến Thành Ga 875BT
Gồm các phát tuyến cung cấp điện cho địa bàn Huyện Cần Giờ do Điện Lực Duyên Hải Quản lý:
Công suất : 1T 63 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/11 kV, 2T 63 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/11 kV
Gồm các phát tuyến cung cấp cho địa bàn quận 5, 6,10 và quận 11 do Điện Lực Bình Phú, Phú Thọ, Tân Phú và Chợ Lớn quản lý:
Tuyến CL Tân Hưng 1 872CL
Tuyến Phú Thọ Hòa 874CL
Công suất: T1 40 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/11 kV, T2 40 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/11 kV, T3 40 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/11 kV
Gồm các phát tuyến cung cấp cho địa bàn quận 5,8 và quận Nhà Bè:
Phần quản lý của Điện Lực Chợ Lớn:
Tuyến CH_Chợ Quán 3 885CH
Tuyến CH_Chợ Quán 2 887CH
Tuyến CH_Chợ Quán 4 886CH
Tuyến Dương Bá Trạc 881CH
Tuyến Trạm Bơm Nước Thải 873CH
Phần quản lý của Điện Lực Tân Thuận:
Công suất: T1 40 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/11 kV, T2 63 MVA (115 9x1.78%/(23-15.75)/11 kV
Gồm các phát tuyến cung cấp điện cho địa bàn huyện Củ Chi, Hóc Môn do Điện Lực Củ Chi, Hóc Môn quản lý:
Tuyến Trung Lập Hạ 478CC
Tuyến KCN Tây Bắc 477CC
Tuyến Phước Vĩnh An 486CC
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV, 3T 40 MVA (hiện đang bị cô lập)
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Sài Gòn, Gia Định, Tân Bình, Gò vấp quản lý:
Công suất 1T 63 MVA 115 9x1.78%/23 2x2.5%/15.75 kV, 2T 63 MVA 115(66) 9x1.78%/15.75/6.6 kV
Gồm các phát tuyến cung cấp cho quận 5, 10 và quận 11:
- Trạm Lưu Động Bình Tân:
Công suất: T1 40 MVA 115 9x1.78%/(23)/15.75/11 kV, T2 40 MVA 115 9x1.78%/(23)/15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện lực Tân Thuận quản lý :
Công suất: T1 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV, T2 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện lực Bình Chánh quản lý :
Tuyến An Phú Tây 876NSG2
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Củ Chi quản lý:
Tuyến An Nhơn Tây 877PHĐ
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Chợ Lớn, Bình Chánh, Bình Phú quản lý:
Tuyến Xa Lộ Mới 871PĐ
Công suất: T1 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV , T2 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Gia Định quản lý:
Công suất: T1 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, T2 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Tân Phú, Bình Phú quản lý:
Tuyến KCN Vĩnh Lộc 872TB1
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Phú Thọ và Tân Bình quản lý
Tuyến Trường Đua Phú Thọ 877TĐU
Tuyến Nguyễn Thị Nhỏ 875TĐU
Công suất: 1T 40 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV, 2T 40 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Tân Thuận quản lý:
Tuyến Tân Thuận Đông 876VT2
Tuyến Thép Tân Thuận 879VT2
Tuyến Thép Nhà Bè 878VT2
Công suất: T1 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, T2 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, T3 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Gia Định, Sài Gòn quản lý:
Tuyến XL – Bỉnh Khiêm 882XL
Công suất: T1 18 MVA 115 9x1.78%/15 kV, T2 40 MVA 115 9x1.78%/15/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện lực Hóc Môn, Củ Chi quản lý :
Tuyến Xuân Thới Sơn 860TH
Công suất: T1 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, T2 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Sài Gòn quản lý:
Tuyến Võ thị Sáu 872ĐK
Tuyến Trần Quý Cáp 878ĐK
Tuyến Lý Văn Phức 884ĐK
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Gò Vấp quản lý:
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Sài Gòn, Tân Bình, Phú Thọ quản lý:
Tuyến Hòa Hưng-Dân Chủ 882HH
Tuyến Chí Hòa Ga 880HH
Tuyến Hoàng Văn thụ 871HH
Tuyến Sư Vạn Hạnh 876HH
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/(23)15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Bình Chánh quản lý:
Tuyến Lê Minh Xuân 874LMX
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/23 2x2.5%//15.75/11 kV, 2T 63 MVA
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Bình Phú, Bình Chánh quản lý:
Công suất: 1T 40 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Thủ Đức quản lý:
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/23 2x2.5%/15.75/11 kV, 2T 40 MVA
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Thủ Đức quản lý:
Tuyến CN Bình Chiểu 871LT2
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Sài Gòn, Gia Định quản lý:
Tuyến Hai Bà Trưng 874TN
Tuyến Nguyễn Bỉnh Khiêm 876TN
Tuyến Đinh Tiên Hoàng 878TN
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV, 2T 63 MVA 115 9x1.78%/23-15.75/11 kV
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Thủ Đức, Thủ Thiêm quản lý:
Công suất: 1T 63 MVA 115 9x1.78%/23 2x2.5%/15.75/11 kV, 2T 63 MVA
Gồm các phát tuyến do Điện Lực Thủ Thiêm quản lý:
Tuyến Khu Công Nghệ Cao 874TĐĐ
- Trạm Ngắt Trên Địa Bàn TP HCM:
- Trạm ngắt Trần Quí Cáp:
Cung cấp điện cho địa bàn quận 1 và 3 do Điện Lực Sài Gòn Quản lý:
Tuyến Xa Lộ – Trần Quí Cáp 875 TQC
Tuyến Hai Bà Trưng – TQC 877 TQC
Tuyến Chợ Quán – Trần Quí Cáp 2 878 TQC
Tuyến Chợ Quán – Trần Quí Cáp 1 880 TQC
Tuyến Xa Lộ – Trần Quốc Toản 882 TQC
- Trạm Ngắt Hai Bà Trưng:
Cung cấp điện cho địa bàn quận 1 và 3 và một phát tuyến cung cấp cho quận 4 cụ thể như sau:
Phần quản lý của Điện Lực Sài Gòn :
Tuyến Lê Thánh Tôn 871 HBT
Tuyến Xa Lộ – Hai Bà Trưng 1 873 HBT
Tuyến Trần Quí Cáp – Hai Bà Trưng 874 HBT
Tuyến Xa Lộ – Hai Bà Trưng 2 880 HBT
Tuyến Huỳnh Quang Tuyên 872 HBT
Tuyến Trần Quí Cáp 878HBT
Phần quản lý của Điện Lực Tân Thuận
Thuộc phần quản lý của Điện Lực Gia Định bao gồm:
Tuyến Hỏa Xa – Gia Định 871GD
Thuộc phần quản lý của Điện Lực Gò Vấp
Tuyến Dây Tây Hội 877DN
Thuộc phần quản lý của Điện Lực Gia Định bao gồm các phát tuyến: Tuyến Hồ Biểu Chánh 871CL
Tuyến Công Lý – Hỏa Xa 875CL
Tuyến Công lý – Chí Hòa 876CL
Thuộc phần quản lý của Điện Lực Phú Thọ:
Tuyến Tân Hưng – Phú Thọ 871PT
Tuyến Chí Hoà Ga – Phú Thọ 873PT
Tuyến Trường Đua – Phú Thọ 872PT
Tuyến Hiến Thành – Phú Thọ 878PT
Trạm ngắt điện Tân Hưng nhận điện từ trạm Chợ Quán và trạm Hùng Vương, bao gồm các phát tuyến 15KV và 6,6KV, cung cấp điện cho các quận 5, 6 và 10.
Phần quản lý của Điện Lực Chợ Lớn:
Tuyến Lục Tỉnh - Hưng Đạo 876TH
Phần quản lý của Điện Lực Bình Phú:
Phần quản lý của Điện Lực Phú Thọ:
Thuộc phần quản lý của Điện Lực Chợ Lớn bao gồm các phát tuyến: Tuyến Hùng Vương – Nguyễn Hoàng 2 876NH
Tuyến Dây Tản Đà 873NH
Tuyến Hùng Vương – Nguyễn Hoàng 1 877NH
- Trạm ngắt Tân Sơn Nhất:
Thuộc phần quản lý của Điện Lực Tân Phú bao gồm các phát tuyến:
Tuyến Xăng Dầu Hàng Không 877TSN
Thuộc phần quản lý của Điện Lực Thủ Đức bao gồm các phát tuyến:
Tuyến Tăng Nhơn Phú 874TĐPP
Đặc điểm của lưới điện phân phối TPHCM
Hệ thống điện phân phối cung cấp điện trực tiếp cho khách hàng từ hệ thống truyền tải qua các trạm biến áp trung gian 220-110/15/22 kV Cấu trúc của lưới phân phối có thể là mạch vòng hoặc hình tia, nhưng luôn vận hành ở trạng thái hở, giúp bảo vệ relay chỉ cần chức năng bảo vệ quá dòng và giảm thiểu ảnh hưởng của sự cố đến các nhánh khác trong hệ thống Để tái cung cấp điện cho khách hàng bị ảnh hưởng, các tuyến dây được thử nghiệm trước khi vận hành liên kết vòng Việc khôi phục lưới điện thông qua thao tác đóng cắt các thiết bị như Recloser, LBS và DS giúp khắc phục sự cố quá tải, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là đảm bảo chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện thấp nhất Do các phụ tải thay đổi liên tục, các điều kiện vận hành lưới điện phân phối cần phải thỏa mãn các yêu cầu cụ thể cho hệ thống điện.
- Cấu trúc vận hành hình tia trong mọi trường hợp
Tất cả các phụ tải cần được cung cấp điện đầy đủ, đồng thời các tiêu chí kỹ thuật như dòng điện cho phép, phát nóng, điện áp cuối đường dây và tần số của hệ thống phải tuân thủ nghiêm ngặt theo các quy định hiện hành.
- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp với phương thức vận hành lưới điện và đảm bảo được tính chọn lọc, nhanh chóng
Hình 2.4: Sơ đồ lưới điện mạch vòng có 3 nguồn vận hành hở
Hiện nay, lưới điện phân phối được vận hành để giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Các kỹ sư thường lập các phương án đóng khép mạch vòng, giúp đảm bảo phụ tải có thể nhận nguồn từ nhiều nguồn khác nhau Luận văn này tập trung vào phân tích và lựa chọn các phương án chuyển tải hiệu quả.
Những lý do phải vận hành hình tia ở lưới điện phân phối
Khi lưới điện hoạt động theo hình tia, tổn thất năng lượng và chất lượng điện năng thường thấp hơn so với lưới điện kín Trong trường hợp xảy ra sự cố, thời gian khôi phục cung cấp điện cho khách hàng sẽ lâu hơn do phải chuyển tải qua các tuyến dây khác, mặc dù phạm vi mất điện sẽ nhỏ hơn so với lưới điện vận hành hở.
Tuy nhiên, do tính chất khác nhau cơ bản giữa lưới điện phân phối và truyền tải:
- Số lượng phần tử như lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lưới phân phối lớn hơn rất nhiều so với lưới truyền tải
Nhiều phụ tải tiêu thụ điện năng nhỏ và phân tán rộng rãi, do đó, khi xảy ra sự cố, thiệt hại do mất điện thường không nghiêm trọng như trong trường hợp sự cố trên lưới truyền tải.
Do những 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 đường dây của lưới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành vòng kín, dẫn đến dòng ngắn mạch nhỏ hơn khi xảy ra sự cố Do đó, việc lựa chọn thiết bị đóng cắt với dòng ngắn mạch chịu đựng và dòng cắt ngắn mạch nhỏ sẽ giúp giảm đáng kể suất đầu tư.
Trong vận hành hở, việc sử dụng các relay bảo vệ đơn giản như relay quá dòng cắt nhanh, quá dòng có thời gian, relay thấp áp và quá áp giúp giảm thiểu sự cần thiết phải trang bị các relay phức tạp như định hướng, khoảng cách hay so lệch Điều này không chỉ làm cho việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn mà còn giảm chi phí đầu tư.
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 sẽ giúp tránh 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
Với việc vận hành hở, việc điều chỉnh điện áp trên từng tuyến dây trở nên dễ dàng hơn, đồng thời giúp giảm thiểu phạm vi mất điện trong quá trình xử lý sự cố.
- Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương án kinh tế là các lưới hình tia.
Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối nhìn ở khía cạnh 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 gian ngắn để chi phí vận hành là cực tiểu
- Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời gian khảo sát để tổn thất năng lượng là cực tiểu
- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công suất là cực tiểu
Bài toán 4 tập trung vào việc tái cấu trúc lưới điện nhằm cân bằng tải giữa các đường dây và máy biến áp nguồn tại các trạm biến áp, với mục tiêu nâng cao khả năng tải của lưới điện.
- Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa
Bài toán 6 liên quan đến việc xác định cấu trúc lưới với nhiều mục tiêu khác nhau, bao gồm tối ưu hóa công suất đạt cực tiểu, đảm bảo mức độ cân bằng tải cao nhất, giảm thiểu số lần chuyển tải và duy trì sụt áp cuối đường dây ở mức thấp nhất Hàm mục tiêu trong bài toán này cho phép giải quyết đồng thời các mục tiêu nêu trên một cách hiệu quả.
Bài toán 7 tập trung vào việc xác định cấu trúc lưới điện tối ưu để đảm bảo cung cấp điện với độ tin cậy cao nhất Đây là một vấn đề quan trọng được phân tích trong luận văn này.
Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của lưới điện phân phối nhằm tối thiểu hóa tổn thất năng lượng và chi phí vận hành, đồng thời đảm bảo các điều kiện kỹ thuật, luôn là những vấn đề quan trọng và kinh điển trong quản lý hệ thống điện Việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối cũng là một yếu tố then chốt trong quá trình vận hành hiệu quả.
Luận văn này sẽ đưa ra hướng giải quyết bài toán 7 trong 02 điều kiện vận hành thường gặp của lưới phân phối điện:
- Trong điều kiện vận hành bình thường:
Vận hành lưới điện cần được thực hiện một cách hiệu quả để tối đa hóa độ tin cậy trong cung cấp điện cho hệ thống Đồng thời, việc duy trì cân bằng tải là rất quan trọng nhằm giảm thiểu nguy cơ quá tải, đảm bảo an toàn và ổn định cho toàn bộ lưới điện.
- Trong điều kiện vận hành bị sự cố:
+ Các thiết bị bảo vệ phải làm việc có độ tin cậy cao, cô lập vùng bị sự cố
+ Nhanh chóng khôi phục cung cấp điện cho các phụ tải bị ảnh hưởng
+ Đảm bảo cân bằng công suất trên phụ tải.
Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ưu cấu trúc lưới điện phân phối
2.5.1 Giới thiệu Để xác định cấu trúc lưới phân phối theo các bài toán thì đầu tiên phải xây dựng mô hình toán học cho lưới phân phối Tùy theo từng bài toán mà ta tiến hành xây dựng hàm mục tiêu cụ thể Trong luận văn này chúng ta cần phải xây dựng hàm mục tiêu để cực đại độ tin cậy cung cấp điện thông qua việc tính chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống
Tái cấu trúc lưới phân phối tương tự như việc tối ưu hóa phân bố công suất cho lưới điện, nhưng yêu cầu khối lượng biến lớn do nhiều yếu tố tác động đến trạng thái của khóa điện và điều kiện vận hành Lưới điện phân phối cần hoạt động an toàn, không quá tải máy biến áp, đường dây và thiết bị đóng cắt, đồng thời đảm bảo sụt áp tại hộ tiêu thụ nằm trong giới hạn cho phép.
Tái cấu trúc lưới là một bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc liên quan đến việc tối ưu hóa dòng công suất chạy trên các nhánh của lưới điện.
- Cực tiểu hàm: n n ij ij i 1 j 1
C ij :Hệ số trọng lượng của tổn thất trên nhánh ij
L ij : Tổn thất của nhánh nối từ nút i đến nút j
- Thoả mãn điều kiện sau: n ij j i 1
(2.6) Trong đó: n: Số nút tải có trên lưới
S ij , DV ij : Dòng công suất, Sụt áp trên nhánh ij
D j : Nhu cầu công suất điện tại nút j
: Dòng công suất trên đường dây f t
Ft: Các đường dây được cung cấp điện từ máy biến áp t
: Có giá trị là 1 nếu đường dây f t làm việc, là 0 nếu đường dây f t không làm việc
Hàm mục tiêu (2.1) thể hiện tổng tổn thất trên toàn lưới phân phối và có thể được đơn giản hóa bằng cách xem xét dòng công suất nhánh với thành phần công suất tải và điện áp các nút tải là hằng số Biểu thức (2.2) đảm bảo cung cấp đủ công suất theo nhu cầu của các phụ tải Điều kiện chống quá tải tại trạm trung gian và sụt áp tại nơi tiêu thụ được trình bày qua các biểu thức (2.3) và (2.4) Biểu thức (2.5) đảm bảo rằng các trạm biến thế hoạt động trong giới hạn công suất cho phép, trong khi mạng phân phối hình tia được đảm bảo qua biểu thức (2.6).
Tái cấu trúc hệ thống lưới điện phân phối được coi là một bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc với hàm mục tiêu bị gián đoạn Việc giải quyết bài toán này gặp nhiều khó khăn khi áp dụng các phương pháp giải tích toán học truyền thống do khối lượng tính toán lớn, ngay cả khi sử dụng những giả thuyết nhất định.
- Không xét đến thiết bị bù công suất phản kháng
- Thao tác đóng/cắt để chuyển tải không gây mất ổn định của hệ thống điện
- Điện áp tại các nút tải không thay đổi và có giá trị gần bằng Uđm
- Khi giải quyết bài toán phân bố công suất trên lưới hình tia, bỏ qua việc tổn thất công suất
- Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được xem là không đổi khi cấu trúc lưới thay đổi
Khi giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối, các nhà khoa học thường áp dụng các phương pháp tìm kiếm tối ưu để đạt được kết quả tốt hơn Những phương pháp này bao gồm tối ưu hóa Heuristic, hệ chuyên gia và thuật toán di truyền, giúp cải thiện hiệu suất và hiệu quả của lưới điện.
2.5.2 Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín
Giải thuật của Merlin và Back đơn giản là đóng tất cả các khóa điện để tạo thành lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và mở lần lượt các khóa có dòng chạy qua nhỏ nhất Họ cho rằng với mạch vòng, lưới điện phân phối luôn có tổn thất công suất tối thiểu Để đạt được lưới điện phân phối hình tia, quá trình loại bỏ các nhánh có công suất nhỏ nhất sẽ tiếp tục cho đến khi tất cả các phụ tải được cung cấp điện và lưới điện hoạt động ở trạng thái hở.
Những ưu điểm của phương pháp này:
- Cấu trúc lưới cuối cùng độc lập với trạng thái ban đầu của các khóa điện
- Quá trình thực hiện phương pháp này dẫn đến tối ưu hoặc gần tối ưu theo hàm mục tiêu
Nhược điểm của phương pháp này:
Phụ tải được coi là tải tác dụng và nguồn cung cấp hiện tại sẽ không thay đổi trong quá trình tái cấu trúc.
- Sụt áp trên lưới được cho là không đáng kể
- Các hạn chế khác của lưới điện cũng được bỏ qua
Shirmohammadi và Hong đã cải tiến giải thuật của Merlin và Back, giúp tìm kiếm giải pháp tối ưu hoặc gần tối ưu cho hàm mục tiêu Sự khác biệt chính của giải thuật mới so với phiên bản nguyên thủy là việc xem xét điện thế tại các trạm trung gian và các yếu tố liên quan đến dòng điện.
Shirmohammadi [6] là người tiên phong trong việc áp dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một lượng công suất không đổi để mô phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối, mặc dù về mặt toán học, nó được coi là một mạch vòng Dòng công suất bơm vào và rút ra là một đại lượng liên tục Tuy nhiên, sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn tồn tại nhiều nhược điểm.
- Mặc dù đã áp dụng các luật heuristic, giải thuật này vẫn cần quá nhiều thời gian để tìm ra được cấu trúc giảm tổn thất công suất
- Tính chất không cân bằng và nhiều pha chưa được mô phỏng đầy đủ
- Tổn thất của thiết bị trên đường dây chưa được xét đến trong giải thuật
Nhập cấu trúc lưới điện và khóa điện
Giải bài toán phân bố công suất
Giải bài toán phân bố công suất và thay thế tải bằng các nguồn dòng Đóng tất cả các khóa điện
Mở khóa điện có dòng bé nhất Đóng khóa điện vừa mở
Mở khóa điện có dòng bé nhất tiếp theo
Vi phạm các điều kiện vận hành
Hình 2.5: Giải thuật của MerLin và Back đã được Shirmohammadi chỉnh sửa
2.5.3 Giải thuật của Civanlar và các cộng sự - kỹ thuật đổi nhánh
Giải thuật của Civanlar dựa trên luật Heuristic nhằm tái cấu trúc lưới điện phân phối, với lưu đồ mô tả rõ ràng Giải thuật này được đánh giá cao nhờ vào những đặc điểm nổi bật của nó.
Xác định hai quy luật để giảm số lượng khóa điện cần xem xét
- Nguyên tắc chọn khóa đóng: việc giảm tổn thất chỉ có thể đạt được nếu như có sự chênh lệch đáng kể về điện áp tại khóa đang mở
Nguyên tắc chọn khóa mở là việc giảm thiểu tổn thất hiệu quả chỉ có thể thực hiện khi chuyển tải từ phía có độ sụt áp lớn sang phía có độ sụt áp nhỏ hơn.
Xây dựng hàm số để mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi trạng thái của cặp khóa điện thay đổi trong quá trình tái cấu trúc lưới điện là rất quan trọng Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất lưới và giảm thiểu tổn thất năng lượng.
D: Tập các nút tải được dự kiến chuyển tải
I i Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i
E M Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M
E N Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N
R loop Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng khóa điện đang mở
Biểu thức 2.7 được rút gọn từ việc phân tích mô hình tải phân bố tập trung và cho thấy độ chính xác khi áp dụng cho các lưới điện mẫu nhỏ, tuy nhiên vẫn chưa được kiểm chứng đối với lưới điện lớn.
Kỹ thuật đổi nhánh là quá trình thay thế một khóa mở bằng một khóa đóng trong cùng một vòng để giảm thiểu tổn thất công suất Vòng được chọn để thực hiện đổi nhánh là vòng có cặp khóa đóng/mở mang lại mức giảm tổn thất công suất tối đa Quá trình này sẽ tiếp tục lặp lại cho đến khi không còn khả năng giảm tổn thất nữa.
Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau :
- Việc xác định dòng tải tương đối chính xác