BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGUYỄN TRUNG QUÝ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN ĐỂ GIẢM TỔN THẤT
CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ NÂNG CAO
ĐỘ TIN CẬY LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGUYỄN TRUNG QUÝ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN ĐỂ GIẢM TỔN THẤT
CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ NÂNG CAO
ĐỘ TIN CẬY
1.6. Giá trị thực tiễn……… 3
1.7. Bố cục của luận văn…… 4
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI……………. 5
2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối 5
v
2.1.1. Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện 6
2.1.2. Cấu trúc lưới điện ………… 7
2.2. Thực trạng lưới phân phối của Việt Nam 8
2.3. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện (TCTLĐ) ở góc độ vận hành 9
2.4. Tổng quan về các phương pháp để tái cấu trúc để giảm tổn thất cho lưới điện
phân phối………………… 11
2.4.1. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín 11
2.4.2. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh 13
2.4.3. Giải thuật di truyền (Genetic algorithm - GA) 15
2.4.4. Giải thuật đàn kiến (Ant colony algorithm - ACS) 17
2.4.5. Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network-ANN) 19
2.4.6. Hệ chuyên gia………………. 20
2.4.7. Phương pháp tìm kiếm TABU (Tabu
Search
Method -
T
S) 20
2.4.8. Phương pháp bầy đàn (
Particle Swarm
Method -
P

Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất công suất và nâng cao
độ tin cậy trên lưới điện phân phối như: nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân
phối, tăng tiết diện dây dẫn, hoặc giảm truyền tải công suất phản kháng trên lưới
điện bằng cách lắp đặt tụ bù. Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ
thuật nhưng lại tốn các chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị. Trong khi đó, biện pháp tái
cấu trúc lưới thông qua việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khoá điện có
sẵn trên lưới cũng có thể giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng
công suất giữa các tuyến dây mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện.
Không chỉ dừng lại ở mục tiêu giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc lưới điện phân
phối còn có thể nâng cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm
thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây.
Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lưới nhằm giảm tổn thất
công suất và nâng cao độ tin cậy trong điều kiện phải thoả mãn các ràng buộc kỹ
thuật với hàng trăm khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vô cùng khó
khăn đối với các điều độ viên. Do đó luôn cần một phương pháp phân tích phù hợp
với lưới điện phân phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới trong
điều kiện thoả mãn các mục tiêu điều khiển của các điều độ viên.
2 1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN.
Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối theo
hình tia nhằm giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy, nhằm giúp tăng lợi
ích kinh tế cho doanh nghiệp bao gồm doanh nghiệp bán điện (EVN), các doanh
nghiệp sản xuất, dịch vụ, thương mại và nhân dân trên các tuyến đường dây đang
cung cấp.
Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn
đề sau:
1) Đọc các bài báo viết về tái cấu trúc lưới điện từ trước đến nay trên thế giới.
Phân loại theo các phương pháp khác nhau.

giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy dựa trên giải thuật tối ưu bầy đàn
(PSO). Sử dụng giải thuật đề nghị vào bài toán tìm trạng thái khóa điện tối ưu của
lưới điện nhằm làm giảm tổn thất công suất tác dụng và nâng cao độ tin cậy. Ưu
điểm của giải thuật là đơn giản, tìm được lời giải một cách nhanh chóng, thỏa các
điều kiện ràng buộc, kết quả có thể chấp nhận được, phù hợp với lưới điện không
phức tạp, ít vòng kín, có tính khả thi cao khi áp dụng cho lưới điện phân phối của
Việt Nam.
1.6. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN.
Khi đề xuất giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO) để tái cấu trúc lại lưới điện phân
phối ở Việt Nam nhằm giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy thì:
1) Góp phần nâng cao chất lượng điện, khả năng truyền tải và khả năng vận
hành lưới điện của Việt Nam ngày càng tốt hơn.
2) Giúp giảm chi phí về vận hành, sửa chữa, cũng như giúp giảm tổn hao về
năng lượng.
3) Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới
điện phân phối.
4) Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện phân
phối.

4 1.7. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN.
Luận văn được thực hiện bao gồm các chương sau:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối
Chương 3: Giải thuật đề nghị.
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển đề tài.

5

Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất
hiện 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 phân phối luôn phải thoả mãn các điều kiện:
- Cấu trúc vận hành hở
- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi 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
2.1.1 Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện.
- Do là cầu nối trực tiếp giữa nguồn và khách hàng, do đó nó ảnh hưởng trực tiếp
đến chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ.
- Tổn thất điện năng chiếm tỉ lệ lớn trong tổng tổn thất của hệ thống bao gồm: tổn
thất lưới truyền tải, phân phối, hạ áp.

Hình 2.1: Tổn thất điện năng của EVN
- Vốn đầu tư cho mạng phân phối cũng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ
vốn đầu tư theo thống kê cho thấy nếu đầu tư cho mạng cao áp là 1, thì mạng
trung áp từ 1,5 đến 2 lần, hạ áp từ 2 đến 2,5 lần.
7

- Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo dưỡng theo kế hoạch cải
tạo, lắp đặt trạm mới trên lưới điện trung áp cũng nhiều hơn so với lưới truyền
tải.
- Là khu vực khó xác định phương án vận hành hơn so với lưới truyền tải, và là
nơi chịu tác động nhiều nhất từ các điều kiện môi trường, thiết bị, nguồn dự
phòng,.v.v.
2.1.2. Cấu trúc lưới điện
Cấu trúc LĐPP đa dạng, phức tạp. Số lượng nút, nhánh rất nhiều do đó việc
tính toán các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật gặp rất nhiều khó khăn, mặc dù trên thực tế đã
có khá nhiều phần mềm áp dụng để quản lý kể cả trong khâu kỹ thuật cũng như
khâu kinh doanh. Lưới điện phát triển nhanh, trải rộng; các hộ phụ tải đa dạng, đan

Trong những năm gần đây, Tổng Công ty điện lực Miền Nam đã đẩy mạnh phát
triển LĐPP, bình quân trong giai đoạn 5 năm từ 2007 đến 2011 phát triển trung bình
hơn 1.500 km đường dây phân phối và hơn 2.000 MVA dung lượng trạm biến áp.
Bảng 2.1. Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC
Năm 2007 2008 2009 2010 2011
Đường dây phân phối (km)

44.620 45.852 47.255 53.190 54.694
Dung lượng trạm (MVA) 8.710 10.067 11.498 15.668 17.697
2.3. CÁC BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN (TCTLĐ) Ở GÓC ĐỘ
VẬN HÀNH
Các bài toán vận hành LĐPP chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề sau:
giảm tổn thất công suất của lưới điện, cải thiện thời gian tái lập, cải thiện các hệ số
tin cậy của hệ thống, cải thiện khả năng tải của lưới điện, cải thiện tình trạng không
cân bằng tải, tối thiểu công suất tổn thất, giảm thiểu tổn thất của hệ thống lưới điện
không cân bằng,.v.v. Từ những mục tiêu cơ bản trên, chúng ta có thể tạm phân chia
bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối thành các bài toán nhỏ 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 năng lượng bé nhất.
10

- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại một thời điểm để tổn thất công suất
bé nhất.
- Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến
thế nguồn ở các trạm biến áp) để 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: Xác định cấu trúc lưới theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất
bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới








Chi phí chuyển tải cao, mất đ
i
ện
khi chuyển
t
ả
i 

 

Lưới điện thường xuyên bị quá
t
ả
i

 



Lưới điện ít bị quá


q
u
á

t
ả
i

  



 11

2.4. TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỂ TÁI CẤU TRÚC ĐỂ GIẢM
TỔN THẤT CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.
2.4.1. Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín
Giải thuật của Merlin và Back [1] khá đơn giản: “Đóng tất cả các khoá điện lại
tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần
lượt các khoá có dòng chạy qua bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia”.
Ở đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lưới điện phân phối luôn có
mức tổn thất công suất bé nhất. Vì vậy để có lưới điện phân phối vận hành hình tia,
Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá
trình sẽ chấm dứt khi lưới điện đạt được trạng thái vận hành hở. Các giải thuật tìm
kiếm nhánh và biên ứng dụng luật heuristic này mất rất nhiều thời gian do có khả
năng xảy ra đến 2

suất bơm vào và rút ra là một đại lượng liên tục. Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn
còn bộc lộ nhiều nhược điểm, có thể liệt kê như sau:
- Mặc dù đã áp dụng các luật heuristics, giải thuật này vẫn cần q nhiều thời
gian để tìm ra được cấu trúc giảm tổn thất cơng suất.
13

- 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.
2.4.2. Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh.
Giải thuật của Civanlar [3] dựa trên heuristics để tái cấu trúc lưới điện phân
phối, lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày tại hình 2.5. Giải thuật của Civanlar
được đánh giá cao nhờ:
- Xác định được hai qui 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 khoá đang mở.
 Nguyên tắc chọn khóa mở : việc giảm tổn thất chỉ đạt được khi thực
hiện chuyển tải ở phía có độ sụt áp lớn sang phía có sụt áp bé hơn.
- Xây dựng được hàm số mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi có sự
thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu trúc.

 
2
Di
iloop
*
NM
Di
i
IREEI2Re)t(P


: Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng khoá điện đang mở.
Biểu thức (2.1) được rút ra từ phân tích mô hình tải phân bố tập trung.
Biểu thức này tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lưới mẫu nhỏ nhưng chưa
được kiểm chứng ở lưới điện lớn.
14

Giảm số lần thao tác khoá điện
bằng cách xem xét các luật heuristic
Tính toán tổn thất công suất cho
các thao tác đóng cắt được đề nghò
Các thao tác
đóng cắt làm giảm tổn
thất công suất
Thực hiện thao tác đóng/cắt có
mức độ giảm tổn thất công suất nhất
Phân bố công suất cho lưới điện mới
Kiểm tra
quá tải và độ sụt áp
cho phép
Chọn thao tác đóng/cắt kế tiếp
Hệ thống được
xem là tối ưu
Không
Có
Không
Có

Hình 2.5 : Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự [3].
Kỹ thuật đổi nhánh thể hiện ở q trình thay thế 01 khóa mở bằng và 01
khố đóng trong cùng một vòng để giảm tổn thất cơng suất. Vòng được chọn để

trước.
16

Giải thuật này thích hợp cho việc tìm kiếm các bài toán có không gian nghiệm
lớn như: bài toán tìm kiếm mật mã khóa có 30 chữ số… Bên cạnh đó, bài toán tái
cấu trúc mạng phân phối điện với số lượng khóa vô cùng lớn nên không gian
nghiệm của bài toán này rất lớn, bài toán này đòi hỏi phải tìm ra được cấu trúc tối
ưu trong thời gian nhanh nhất. Như vậy thuật toán di truyền đều mô phỏng bốn quá
trình tiến hoá cơ bản: lai ghép, đột biến, sinh sản, chọn lọc tự nhiên. Từ ý tưởng và
đặc điểm của giải thuật di truyền, ta nhận xét giải thuật này rất thích hợp để giải bài
toán tái cấu trúc.
Các bước quan trọng trong việc áp dụng giải thuật di truyền vào bài toán tái
cấu trúc:
- Bước 1: chọn ra 1 số cấu trúc ngẫu nhiên có thể tìm được trong mạng phân phối
điện.
- Bước 2: kí hiệu các khóa đóng (sectionalize switches) trong mạng phân phối là
0; các khóa thường mở (tie switches) là 1.
- Bước 3: tìm hệ số thích nghi và hàm mục tiêu cho từng cấu trúc đã được tạo ra
ban đầu.
- Bước 4: chọn ra được cấu trúc tốt nhất dựa vào hàm mục tiêu, tiếp theo đem cấu
trúc này thay đổi 1 số vị trí hay còn gọi là đột biến để tạo ra cấu trúc mới.
Công thức để tính toán đột biến Bnp'(gen) = Bnp(gen) + S *k *delta (2.2)
Trong đó:
 Bnp: chuỗi nhị phân tạo ra ngẫu nhiên.
 Bnp’: chuỗi nhị phân tạo ra do đột biến.
 S (-1, 1) với cùng xác suất GGAP đột biến.
 K: giá trị ngẫu nhiên (1, PRECI).

17


thu hút các con kiến khác di chuyển trên đường đi đó, những chặng đường còn lại
do không thu hút được lượng kiến di chuyển sẽ có xu hướng bay hơi dấu chân sau 1
thời gian qui định.
Điều đặc biệt trong cách hành xử loài kiến là lượng dấu chân trên đường đi có
sự tích lũy càng lớn thì cũng đồng nghĩa với việc đoạn đường đó là ngắn nhất từ tổ
kiến đến nơi có thức ăn. Từ khi giải thuật kiến trở thành 1 lý thuyết vững chắc trong
việc giải các bài toán tìm kiếm tối ưu toàn cục đã có nhiều ứng dụng thực tế cho
giải thuật này như: tìm kiếm các trang web cần tìm trên mạng, kế hoạch sắp xếp
thời khóa biểu cho các y tá trong bệnh viện, cách hình thành các màu khác nhau dựa
vào các màu tiêu chuẩn có sẵn, tìm kiếm đường đi tối ưu cho những người lái xe
hơi… nói tóm lại phương pháp này đưa ra để giải quyết các bài toán có không gian
nghiệm lớn để tìm ra lời giải có nghiệm là tối ưu nhất trong không gian nghiệm đó
với thời gian cho phép hay không tìm ra cấu trúc tối ưu hơn thì dừng. Phương pháp
này cũng rất thích hợp để giải bài toán tái cấu trúc để có thể tìm ra trong các cấu
trúc có thể của mạng phân phối có 1 cấu trúc có công suất tổn thất là nhỏ nhất.
Các bước để tạo ra giải thuật kiến áp dụng cho bài toán tái cấu trúc:
- Bước 1: một số cấu trúc mạng phân phối sẽ được tạo ra ban đầu.
- Bước 2: mỗi cấu trúc tượng trưng cho đoạn đường mà kiến đã đi sẽ được tính
toán hàm mục tiêu (giảm tổn thất công suất, cân bằng tải, v…v…).
- Bước 3: mỗi cấu trúc này sẽ được cập nhật vào ma trận dấu chân (ban đầu các
ma trận dấu chân này sẽ bằng nhau) theo công thức (2.3).

Trong đó:
 : Dấu chân của kiến trên chặng đường xy của con kiến thứ i  x và
con kiến j  y, ở lần lặp thứ i.
 Q: Giá trị hằng số; ρ: Xác suất bay hơi dấu chân của những con kiến đi qua.
19

 : Dấu chân ban đầu được tạo ra cho mỗi đoạn đường.
Sau khi các cấu trúc ban đầu tạo ra đã cập nhật vào ma trận dấu chân, ta sẽ

thống phân phối thành nhiều vùng phụ tải. Tại mỗi vùng phụ tải, một hệ thống gồm
hai ANN sẽ được sử dụng để phân tích mức độ tải và sau đó thực hiện tái cấu trúc
tuỳ theo điều kiện của tải. Việc ứng dụng ANN trong phương pháp này mang lại các
kết quả tính toán nhanh vì không cần xem xét trạng thái đóng ngắt riêng rẽ trong
giải thuật tổng thể. Tuy nhiên, ANN cũng chỉ có thể tìm ra được trạng thái lưới sau
tái cấu trúc tốt như tập số liệu huấn luyện.
2.4.6. Hệ chuyên gia
Có nhiều nghiên cứu giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối bằng cách sử
dụng hệ chuyên gia. Có thể nói, hệ chuyên gia đã phối hợp được cách sử dụng các
giải thuật kết hợp heuristics và tối ưu hóa cũng như các giải thuật thuần túy
heuristic với các luật bổ sung dựa trên các điều kiện ràng buộc trong vận hành.
Taylor và Lubkeman đưa ra một hệ chuyên gia tái cấu trúc hệ thống phân phối dựa
trên sự mở rộng các luật của Civanlar. Taylor và Lubkeman mô tả các mục tiêu cơ
bản của họ như tránh quá tải máy biến áp, quá tải đường dây và độ sụt áp không
bình thường, các tác giả khẳng định rằng nếu thỏa mãn các điều kiện này sẽ dẫn đến
tối thiểu hóa tổn thất.
2.4.7. Phương pháp tìm kiếm TABU (Tabu
Search
Method -
T
S)
Khái niệm đầu tiên về bảng tìm kiếm (Tabu search) được dùng trong trí tuệ
nhân tạo. Không giống như một số giải thuật khác chẳng hạn như gen hay luyện
kim, nó không liên quan đến những hiện tượng sinh học hay vật lý. Giải thuật bảng
tìm kiếm được đề cập bởi Fred Glover đầu những năm 1980 và đã được ứng dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật. Trong lĩnh vực hệ thống điện
21

hiện đại dùng để giải quyế
t

= S
0
.
- Bước 5: chạy phân bố công suất để xác định tổn thất công suất, các điện áp
nút và các dòng điện nhánh.
- Bước 6: tính toán hàm mục tiêu và kiểm tra phương án hiện tại có thỏa mãn
các điều kiện ràng buộc. Một hệ số phạt được thêm vào đối với sự vi phạm
ràng buộc.
- Bước 7: tính mức độ mong muốn của S
best
: f
best
= f(S
best
). Mức độ mong muốn