v
MỤC LỤC
Trang
Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn
Lý lịch khoa học…………………………………………………… … ………… i
Lời cam đoan…………………….………………………………… …………… ii
Lời cám ơn………………………………………………………… …………… iii
Tóm tắt……… ………………………………… ……………… …………… iv
Mục lục……… ………………………………… ……………… …………… v
Danh sách các chữ viết tắt… …………………… ……………… …………… vi
Danh sách các hình……… … …………………… ……………… …………vii
Danh sách các bảng……… …………………… ……………… ……… … viii
CHƯƠNG 0 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 3
3. Phạm vi nghiên cứu 3
4. Phương pháp giải quyết bài toán 4
5. Điểm mới của luận văn 4
6. Giá trị thực tiễn của luận văn 4
7. Bố cục của luận văn 4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ DG 5
1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối 5
1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 5
1.1.2 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối 6
1.2 Tổng quan về DG 7
1.3 Một số công nghệ DG 7
1.3.1 Pin mặt trời (photovoltaic –PV) 7
1.3.2 Pin nhiên liệu (Fuel cell –FC) 8
1.3.3 Máy phát turbine gió (Wind turbine – WT) 8

3.5.2 Áp dụng giải thuật di truyền 37

v
3.5.3 Kết quả tính toán 42
3.5.4 Kết quả tính toán bằng phần mềm PSS Adept 47
3.6 Kết luận 50
CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TUYẾN 477AX TP. CÀ MAU 52
4.1. Giới thiệu lưới điện thành phố Cà Mau 52
4.2 Một số số liệu các phát tuyến 53
4.2.1 Thông tin các phát tuyến chính 53
4.2.2 Số liệu sự cố điển hình của Điện lực Thành phố Cà Mau 54
4.3 Áp dụng tính toán cho phát tuyến 477AX 54
4.3.1 Kết quả tính toán bằng giải thuật GA 55
4.3.2 Kết quả tính toán bằng phần mềm PSS Adept 59
4.4 Kết luận 63
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO ĐỀ TÀI 64
5.1 Những hạn chế và đề xuất hướng phát triển cho đề tài 64
5.1.1 Những hạn chế 64
5.1.2 Đề xuất hướng phát triển của đề tài 64
5.2. Kết luận 64
Tài liệu tham khảo 66
Phụ lục. 69 vi

CÁC CH VIẾT TẮT

 DG : Distributed genneration
 PV : Photovoltaic

DANH SÁCH CÁC BNG
BNG Trang

Bảng 3.1. Thông số đường dây 20 nút 34
Bảng 3.2. Kết quả tính toán trường hợp 1 43
Bảng 3.3. Kết quả tính toán trường hợp 2 44
Bảng 3.4. Kết quả tính toán trường hợp 3 45
Bảng 3.5. Kết quả tính toán trường hợp 4 45
Bảng 3.6. Kết quả tính toán trường hợp 5 46
Bảng 3.7. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi chưa kết nối DG 48
Bảng 3.8. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi kết nối DG 48
Bảng 3.9. Kết quả tính toán độ tin cậy khi chưa kết nối DG 49
Bảng 3.10. Kết quả tính toán độ tin cậy khi kết nối DG 49
Bảng 3.11. So sánh kết quả giữa 2 phương pháp 50
Bảng 4.1. Số liệu cơ bản các phát tuyến cung cấp điện TP Cà Mau 53
Bảng 4.2. Thống kê theo loại sự cố 54
Bảng 4.3. Thông số phát tuyến 477AX 55
Bảng 4.4. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 1 57
Bảng 4.5. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 2 58
Bảng 4.6. Kết quả tính toán bằng giải thuật GA cho lưới 48 nút trường hợp 3 59
Bảng 4.7. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi chưa kết nối DG 60
Bảng 4.8. Kết quả tính toán tổn thất công suất khi kết nối DG 60
Bảng 4.9. Kết quả tính toán độ tin cậy khi chưa kết nối DG 61
Bảng 4.10. Kết quả tính toán độ tin cậy khi kết nối DG 62
Bảng 4.11. So sánh kết quả giữa 2 phương pháp 62
Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 1

CHNGă0
GIIăTHIUăĐăTÀI

Công ty Điện lực trong khi hoạt động của các thiết bị bảo vệ trên lưới là không thay
đổi.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nguồn điện phân tán sẽ mang lại nhiều hiệu quả
thiết thực khi tham gia hệ thống phân phối, khi sử dụng DG sẽ góp phần giảm bớt
gánh nặng công suất vào giờ cao điểm, giảm tổn thất trên đường dây, cải thiện chất
lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy và thân thiện với môi trường. Nó còn góp
phần vào việc giảm áp lực đầu tư cải tạo lưới điện hiện hữu, giảm chi phí nhiên liệu,
chi phí vận hành và đáp ứng tốt về khả năng dự phòng cho hệ thống.
CácălợiăíchăkhiăkếtănốiăDG
*ăĐốiăvớiăngƠnhăđiện:
- Giảm tổn thất công suất trên đường dây.
- Giảm tải trên đường dây.
- Giảm chi phí vận hành.
- Giảm chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống.
*ăĐốiăvớiăkháchăhƠngăsửădụngăđiện:
- Nâng cao chất lượng điện năng.
- Cải thiện độ tin cậy cung cấp điện.
- Giảm giá thành sử dụng điện.
- Tạo môi trường ngày càng cạnh tranh cho thị trường điện.
Cácătácăđộng:
Khi DG được kết nối vào hệ thống phân phối, nó được xem như một nguồn
cung cấp thứ hai vì vậy mạng điện hiện hữu sẽ trở thành mạng điện kín có hai
Chương 0 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 3

nguồn cung cấp. Tùy thuộc vào cấu trúc của lưới điện mà ảnh hưởng của DG đến
lưới cũng khác nhau, các tác động thường gặp:
- Thay đổi tổn thất công suất trên lưới điện.
- Tổn thất điện áp và sự dao động diện áp.
- Thay đổi dòng sự cố trong lưới và bảo vệ Relay.

cao độ tin cậy cung cấp điện khi có kết nối DG.
- Áp dụng giải thuật di truyền tìm vị trí tối ưu lắp đặt DG trên lưới phân phối
cực tiểu chi phí vận hành.
6.ăGIỄăTRăTHCăTINăCAăLUNăVĔN
- Cung cấp một giải thuật tìm vị trí tối ưu lắp đặt DG giảm tổn thất trên lưới.
- Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến DG.
- Làm tài liệu tham khảo cho các công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện
khi có kết nối DG.
7. BăCCăCAăLUNăVĔN
Luận văn gồm 6 chương:
Chngă0: Giới thiệu đề tài.
Chngă1: Tổng quan về lưới phân phối.
Chngă2: Các bài toán liên quan đến DG.
Chngă3: Bài toán tối ưu vị trí DG giảm tổn thất công suất và nâng
cao độ tin cậy.
Chngă4: Tính toán tuyến 477AX TP.Cà Mau.
Chngă5: Kết luận và hướng phát triển cho đề tài.
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 5

CHNGă1
TNGăQUANăVăLIăĐINăPHỂNăPHIăVÀăDG
1.1ăTổngăquanăvălớiăđiệnăphơnăphối:
1.1.1ăĐcăđimălớiăđiệnăphơnăphối:
Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện để đưa điện năng
trực tiếp đến người tiêu dùng. Lưới điện phân phối bao gồm lưới trung áp và hạ áp.
Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay hình tia, còn các
đường dây phân phối điện luôn được vận hành hở trong mọi trường hợp. Nhờ cấu
trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá dòng. Để
tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có các mạch

- Kết nối với lưới truyền tải thông qua các trạm trung gian hoặc các trạm khu
vực.
- Tổn thất công suất trên lưới phân phối chiếm khoảng 5-7% tổng công suất
của hệ thống.
- Tổng chiều dài và số lượng máy biến áp chiếm tỷ lệ lớn trong toàn hệ thống.
1.1.2ăNhiệmăvụăcaălớiăđiệnăphơnăphối:
- Cung cấp phương tiện để truyền tải năng lượng điện đến hộ tiêu thụ.
- Cung cấp phương tiện để các công ty điện lực có thể bán điện.
- Đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.
- Đảm bảo các thông số vận hành trong giới hạn cho phép.
- Các hệ thống bảo vệ hoạt động tin cậy.
- Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.
Các nghiên cứu [6] đã chỉ ra rằng kết nối nguồn điện phân tán sẽ mang lại nhiều
hiệu quả thiết thực khi tham gia hệ thống phân phối, khi sử dụng DG sẽ góp phần
giảm bớt gánh nặng công suất vào giờ cao điểm, giảm tổn thất trên đường dây, cải
thiện chất lượng điện năng, nâng cao độ tin cậy và thân thiện với môi trường. Nó
còn góp phần vào việc giảm áp lực đầu tư cải tạo lưới điện hiện hữu, giảm chi phí
nhiên liệu, chi phí vận hành và đáp ứng tốt về khả năng dự phòng cho hệ thống.
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 7

1.2.ăTổngăquanăvăDG
Khi nghiên cứu về DG có rất nhiều định nghĩa khác nhau, chủ yếu xoay quanh
về đề kích cỡ và chủng loại, sau đây là một số định nghĩa về DG: [5]
- Theo Hội đồng Quốc tế về các các hệ thống điện lớn (CIGRE): các nguồn
điện không phải là nguồn trung tâm, được đặt gần phụ tải và nối vào mạng
điện phân phối, có công suất nhỏ hơn 100MW gọi là DG.
- Ban Năng lượng Mỹ (DOE): DG là các máy phát có công suất từ vài kW đến
vài chục MW. Bao gồm: máy phát điện Biomass, turbine khí, pin năng lượng
mặt trời, pin nhiên liệu, turbine gió và các công nghệ tích trữ năng lượng.

không cần đến quá trình đốt cháy. Công nghệ FC có ưu điểm là độ ồn thấp, cấu tạo
nguyên khối, lượng khí thải thấp (SO, CO) và có độ tin cậy cao. Hình 1.2: Một dạng pin nhiên liệu Nhiên liệu chủ yếu dùng cho FC là hydro từ khí tự nhiên. Việc khởi động FC
cần thời gian từ 1 đền 4 giờ do vậy nó không phù hợp cho dự phòng nóng và chỉ
thích hợp cho chạy nền đối với các phụ tải cần độ tin cậy cung cấp điện cao. Hiện
tại chi phí lắp đặt FC vẫn còn ở mức khá cao và cần phải có bộ chuyển đổi dòng
diện để chuyển từ dòng DC sang AC. FC có thể vận hành độc lập hoặc kết nối với
mạng phân phối tùy theo mục đích sử dụng.
1.3.3. Máy phát turbine gió (Wind turbine ậ WT)
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 9

Công nghệ sản xuất điện năng từ năng lượng gió sử dụng các turbine khí
động, được chia ra các cấp như sau [5]:
 Hệ thống mini công suất nhỏ hơn 10kW
 Hệ thống nhỏ có công suất từ10kW đến 100kW
 Hệ thống trung bình có công suất từ100kW đến 500kW
 Hệ thống lớn có công suất trên 500kW
Công nghệ thích hợp với khu vực nông thôn, vùng biển là những nơi có
nguồn năng lượng gió dồi dào và mạng điện phân phối còn thưa thớt. Hình 1.3: Hệ thống turbine gió
cư phía hạ lưu. Xu hướng trên thế giới hiện nay là không xây dựng các thủy điện
lớn mà chỉ chỉ khai thác ở mức độ nhỏ và cực nhỏ để quá trình phát triển bền vững
hơn. Hình 1.5: Một đập thủy điện nhỏ
Mạng chuyên đề về Thuỷ điện nhỏ (Thematic Network on Small Hydropower –
TNSHP), do Hiệp hội Thủy điện nhỏ châu Âu (ESHA) lập, cho biết hiện nay ở
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 11

EU15 có 14.000 công trình thủy điện nhỏ, với công suất trung bình của mỗi trạm là
0,7 MW, so với 2.800 công trình tại EU10 (10 nước gia nhập Liên minh châu Âu
vào năm 2004) có công suất trung bình của mỗi trạm chỉ là 0,3 MW. Vào cuối năm
2005, tổng công suất phát của thuỷ điện nhỏ của EU15 là 11.601 MW, trong đó chỉ
riêng 6 nước đã chiếm đến 84,5%: Italia (2.405,5 MW), Pháp (2.060 MW), Tây Ban
Nha (1.788 MW), Đức (1.584 MW), Áo (1.062 MW) và Thụy Điển (905 MW)
[Trang tin điện tử ngành Điện].
1.3.7.ăNĕngălợngămtătrời
Đối với các nước nằm trong vùng nhiệt đới, số giờ nắng trung bình khoảng
2000-2500 giờ/năm với tổng năng lượng bức xạ mặt trời trung bình khoảng
150kCal/cm
2
/năm [16]. Tuy nhiên nguồn năng lượng này chưa được khai thác triệt
để do những hạn chế về công nghệ và giá thành đầu tư. Xét về quy mô toàn cầu thì
nguồn năng lượng này không lớn lắm nhưng nó có ý nghĩa với một số quốc gia như:
n độ, Trung Quốc và Châu Phi vì ở đó mạng lưới điện năng còn thưa thớt.

suất lưới điện và giải thuật di truyền giải các bài toán tối ưu tổ hợp đã cung cấp một
cách thức tìm ra các vị trí đặt và công suất phát tốt nhất cho một số lượng nguồn
phân tán DG cho trước trên lưới điện phân phối. Phương pháp này cho phép người
vận hành có thể nghiên cứu một mạng phân phối bất kỳ. Người vận hành có thể sử
dụng những thông tin về lưới điện phân phối có sẵn để lập kế hoạch cho việc kết nối
DG nhằm đạt mục tiêu giảm tổn thất, cải thiện dạng điện áp như mong muốn.
Chương 1 GVHD: TS. Trương Việt Anh
HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 13

- Nhóm tác giả César Augusto Peñuela Meneses, Member, IEEE, and José
Roberto Sanches Mantovani, Member, IEEE đã công bố nghiên cứu “Improving the
Grid Operation and Reliability Cost of Distribution Systems With Dispersed
Generation”[21].
Nghiên cứu sử dụng giải thuật tìm kiếm Taboo để giải quyết bài toán đa mục
tiêu nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi có kết nối DG vào hệ thống.
Nghiên cứu đưa ra một phương pháp giải quyết tối ưu hàm mục tiêu gồm các chi
phí hoạt động của lưới, chi phí hệ thống bảo vệ, chi phí gián đoạn do ngừng cung
cấp điện, chi phí tổn thất công suất.
Mô hình toán học đề xuất được thử nghiệm trên hệ thống 135 bus trong đó
bao gồm một hệ thống phân phối thực tế 13,8 kV ở Sao Paulo, Brazil. Kết quả mô
phỏng của một hệ thống qua kiểm tra thực tế cho thấy mô hình đề xuất có thể xác
định các tác động liên quan đến độ tin cậy của hệ thống, hệ thống bảo vệ, và hiệu
quả hoạt động của mạng, tất cả chỉ trong một chương trình. Thông qua các phương
pháp thực hiện, lợi thế đạt được là khả năng quan sát điện áp và tần số của hệ thống
khi có kết nối DG. Người ta thấy rằng thực hiện kết nối DG như thế này, dẫn đến
chi phí hoạt động và chi phí độ tin cậy sẽ tốt hơn, bởi vì họ sử dụng các mức giá
khác nhau được cung cấp bởi các nguồn phát trên diện rộng. Nó cũng có thể phục
vụ nhu cầu phụ tải tăng lên một cách đột biến. Tuy nhiên, thiết kế này có thể dẫn
đến một hệ thống bảo vệ đắt tiền, cũng như làm giảm tỷ suất lợi nhuận trong việc
phối hợp các thiết bị bảo vệ.

- DG được vận hành để cung cấp điện năng khi nguồn hệ thống bị gián
đoạn. Khi có gián đoạn xảy ra, các phụ tải sẽ được cắt ra khỏi hệ thống bằng
các thiết bị bảo vệ trên lưới như: máy cắt, recloser và được tái cấp điện bởi
các DG. Trong trường hợp này DG cải thiện độ tin cậy cung cấp điện và làm
giảm chi phí bồi thường do mất điện.
2.2 CácăbƠiătoánăliênăquanăđếnăDG:
Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 15

Tùy thuộc vào quan điểm và mục tiêu nghiên cứu mà người ta có thể
căn cứ vào lợi ích và ảnh hưởng của DG để phân chia thành các nhóm bài
toán sau:
Bài toán phối hợp bảo vệ rơ le.
Bài toán giảm tổn thất trên đường dây.
Bài toán cải thiện điện áp, chỉ số điện áp.
Bài toán nâng cao độ tin cậy.
Bài toán đa mục tiêu xác định vị trí và tối ưu dung lượng DG.
 khuôn khổ luận văn này chủ yếu tập trung vào các bài toán giảm tổn
thất và nâng cao độ tin cậy.
2.2.1 BƠiătoánăđánhăgiáăđộăgimătổnăhaoăđờngădơy:
a- Chăsốăgimătổnăhaoăđờngădơyă(lineăloss reduction index ậ LLRI)
Khi DG được đặt ở vị trí thích hợp, lợi ích thu được là giảm tổn thất
trên đường dây. Thông thường tổn thất sẽ tăng cao khi mạng điện vận hành
đầy tải vì tổn hao tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện. Tổn hao này góp
phần làm tăng chi phí vận hành của hệ thống. Để đánh giá mức độ tổn hao
trên hệ thống khi có kết nối DG người ta thiết lập các hệ số sau [6]:
LLRI=
0
LL

Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 16

I
L,i
dòng điện trên nhánh thứ i khi chưa kết nối DG;
R
i
điện trở đơn vị nhánh thứ i;
D
i
chiều dài nhánh thứ i;
M số nhánh của mạng điện;
b- Bài toán phân tích s gim tổnăhaoătrênăđờng dây khi có DG:
Để phân tích giảm độ tổn hao, mô hình được chọn để phân tích là một phát
tuyến hình tia với phụ tải tập trung cuối đường dây. Dịch chuyển vị trí DG dọc theo
phát tuyến và thay đổi công suất của DG để khảo sát sự thay đổi của độ giảm tổn
thất.
Khoảng cách từ nguồn đến tải là L(km).


P
LL
B
V
jQPrL
Loss


(3)
Nguồn
Tải
L
I
L

I
S

Nguồn
Tải
DG
I
DG

I
L

L
G
Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

2222
2
22
3
)22(
3
))()((
P
GLGLGGLL
P
GLGL
ASG
V
QQPPQPQPrG
V
jQjQPPrG
Loss





Tổn hao công suất từ vị trí đặt DG đến tải:
2
22
3
))((
P
LL
AGL

LossLossLoss
GLGLGGLL
P
AGLASGAT

Trong đó: R là điện trở của phát tuyến
Độ giảm tổn hao trên phát tuyến được tính bằng công thức sau:
 
)5(22
3
22
2
GGGLGL
P
ATB
QPQQPP
LV
RG
LossLossLR


2.2.2 Bài toán nơngăcaoăđộătinăcy:
Độ tin cậy cung cấp điện ngày càng được quan tâm, đặc biệt là từ phía khách
hàng. Những khách hàng đặc biệt, có yêu cầu cao về chất lượng điện năng và độ tin
cậy cung cấp điện cần được cung cấp từ ít nhất 2 nguồn theo sơ đồ lưới kín vận
hành hở. Cũng có thể sử dụng thêm dự phòng là nguồn điện phân tán [4], như hình
2.1
Chng 2 GVHD: TS. Trng Vit Anh

HVTH: Nguyn c Duy trang 18

ni ca ngun ny sang li ang xột, tin cy cung cp in ca chớnh ngun ny
tớnh n im kt ni;
- Gii hn cung cp ca ngun in phõn tỏn, thi gian khi ng ca nú;
- Thi im xy ra s c (tng ng vi tng ph ti tiờu th ln hay bộ)
Cng cn núi thờm l, lnh vc nghiờn cu tớnh toỏn tin cy i vi h thng
in bao hm nhng ni dung rt a dng vi nhng mc tiờu (bi toỏn) khỏc nhau:
tin cy ngun in, tin cy li truyn ti, tin cy li in phõn phi,
tin cy h thng bo v v iu khin, tin cy m bo cung cp in cho khỏch
hng Lun vn quan tõm ch yu cỏc vn liờn quan n bi toỏn vn hnh nõng
cao tin cy v ti u chi phớ, do ú cỏc ni dung tớnh toỏn tin cy cng tp
trung ch yu vo li in phõn phi v yờu cu ca mi khỏch hng.
a- Cỏcyutnhhngntincy
Cỏc yu t nh hng n tin cy ca h thng in cú th c chia
thnh bn loi bao gm: cỏc phn t ca h thng in, iu kin mụi trng, c
tớnh ti v cu hỡnh h thng h thng in.
Cỏcphntcahthngin
Cỏc phn t ca li in nh l: ng dõy, mỏy bin ỏp, thit b úng ct
Chương 2 GVHD: TS. Trương Việt Anh

HVTH: Nguyễn Đức Duy trang 19

mà độ tin cậy của chúng cùng cách thức ghép nối chúng trong sơ đồ quyết định độ
tin cậy của lưới điện.
Các phần tử của hệ thống cung cấp điện trong vận hành đều có thể bị hỏng bất
ngờ. Khả năng này được đặc trưng bởi cường độ hỏng hóc λ(t). Trong nghiên cứu
độ tin cậy lưới điện, thay cho giá trị thực phụ thuộc thời gian, người ta thường dùng
giá trị trung bình của λ và gọi là cường độ hỏng hóc trung bình của phần tử trong
năm.
Ta có: λ = 1 / t
lv

CT
.
Vătríămáyăphátădăphòng
Kết cấu hệ thống bao gồm nhiều vấn đề khác nhau, gồm cả cấu trúc liên kết,
khả năng chuyển tải, phối hợp bảo vệ, và vị trí máy phát dự phòng. Các yếu tố này
đều ảnh hưởng đến mức độ tin cậy của hệ thống ở những mức độ khác nhau. Về cơ
bản, giả định việc phối hợp bảo vệ và chuyển tải là linh hoạt, tức là có thể thay thế
nhanh chóng bằng những nguồn dự phòng trong hệ thống, như vậy rõ ràng việc xác