- iii -

LỚIăCMăTẠ


Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của em
gửi đến PGS. TS. Phan Thị Thanh Bình, Cô đã tận tụy hướng dẫn em trong suốt
quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM và Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã giảng dạy em trong suốt hai
năm học vừa qua.
Em xin được nói lời cảm ơn chân tình gửi đến anh Nguyên Hữu Quốc, một
người anh đã tận tình chia sẻ những kinh nghiệm quý báu và góp ý giúp em xây
dựng thành công luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người thân, bạn bè, những
người anh em, đã động viên, ủng hộ và tạo điều kiện cho tôi cả về vật chất và tinh
thần trong suốt quá trình học tập cũng như để hoàn thành luận văn thạc sĩ.
Xin trân trọng cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 12 năm 2012 Trần Nguyên Ngọc Thắng - iv -

TÓMăTẮT


switches in order to satisfy two objectives:
 Objective 1: to reduce power loss in distribution system.
 Objective 2: load balancing between the branches.
This thesis will apply the corrected genetic algorithm and fuzzy logic to solve
multi-objective problems mentioned above in order to find the optimal
configuration possible. To demonstrate the validity of the proposed algorithm,
computer simulations are carried out on a 33-bus distribution system, 69-bus
distribution system and a Taiwan Power Company (TPC) distribution system and
compared with different approaches available in this thesis. The proposed method
has outperformed the other methods in terms of the quality of solution and
computational efficiency.
- vi -

MỤCăLỤC
Trang tựa Trang
Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii

5. Xây dựng giải thuật đề nghị tìm trạng thái khóa điện tối ưu dựa trên giải thuật
gen và logic mờ 35
5.1 Giới thiệu về thuật toán di truyền (GA) 35
5.2 Xây dựng giải thuật đề nghị tìm trạng thái khóa điện tối ưu 38
CHƯƠNGăIV:ăKIỂMăCHỨNG GIIăTHUẬT ĐỀăNGHỊ 45
1. Hệ thống phân phối thử nghiệm 33 nút 46
2. Hệ thống phân phối thử nghiệm 69 nút 51
3. Hệ thống phân phối Taiwan Power Company (TPC) 59
CHƯƠNG V: KẾTăLUẬNăVÀăĐỀ XUẤT 66
1. Kết luận 67
2. Hướng phát triển đề tài 68
TÀIăLIỆUăTHAMăKHO 69
PHỤăLỤC 72
- viii -

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang
Hình 2.1: Biểu đồ tổn thất điện năng của EVN 08
Hình 2.2: Sơ đồ lưới điện hình tia và lưới điện kín vận hành hở 09
Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới điện phân phối 10
Hình 2.4: Ví dụ giải thuật đàn kiến (ACS) 13
Hình 2.5: Mô hình của một hệ thống mờ 18
Hình 2.6: Tập mờ và tập rõ 20
Hình 2.7: Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn (PSO) 23
Hình 3.1: Sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến 25
Hình 3.2: Hàm thuộc cho tổn thất công suất 29
Hình 3.3: Hàm thuộc cho chỉ số cân bằng tải 30
Hình 3.4: Sơ đồ đơn tuyến hệ thống phân phối 16 nút – 3 nguồn 33
Hình 3.5: Lưu đồ kiểm tra điều kiện hình tia hệ thống phân phối 34

- x -

DANHăSÁCHăCÁCăBNG

Trang
Bảng 2.1: Tỷ trọng các thành phần phụ tải năm 2011 của EVN 07
Bảng 2.2: Khối lượng lưới điện phân phối và tổng dung lượng trạm của EVN 10
Bảng 4.1: Dữ liệu tải và nhánh của hệ thống phân phối 33 nút 47
Bảng 4.2: Kết quả so sánh của hệ thống phân phối 33 nút 50
Bảng 4.3: Dữ liệu tải và nhánh của hệ thống phân phối 69 nút 52
Bảng 4.4: Kết quả so sánh của hệ thống phân phối 69 nút để giảm tổn thất 56
Bảng 4.5: Kết quả so sánh của hệ thống phân phối 69 nút để cân bẳng tải 56
Bảng 4.6: Kết quả của hệ thống phân phối 69 nút với các trọng số khác nhau 56
Bảng 4.7: Dữ liệu tải và nhánh của hệ thống phân phối 94 nút TPC 60
Bảng 4.8: Kết quả so sánh của hệ thống phân phối 94 nút TPC 63

Chương I: Giới thiệu luận văn

Học viên: Trần Nguyên Ngọc ThắngTrang 1
Chương I: Giới thiệu luận văn

Học viên: Trần Nguyên Ngọc ThắngTrang 2

1. ĐẶTăVẤNăĐỀ
Hệ thống điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến
hộ tiêu thụ. Vì lý do kỹ thuật, nó luôn được vận hành theo kiểu hình tia, mặc dù
được thiết kế theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện.
Theo thống kê của Điện lực Việt Nam thì tổng tổn thất điện năng khoảng từ 10-15%
sản lượng điện sản xuất, trong đó tổn hao trên đường dây từ 5-7%. Do đó nghiên
cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối là một nhu cầu
cấp thiết, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích về kinh tế.
Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng 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 (cân bằng tải), 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 năng

4. Xây dựng hàm đa mục tiêu đạt mục đích đặt ra đồng thời cũng phải thỏa mãn
các điều kiện ràng buộc.
5. Kiểm chứng trên lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề
xuất và so sánh kết quả với các phương pháp khác.
6. Lập trình trên máy tính và chạy kiểm tra phương pháp đề nghị.
7. Đánh giá lại phương pháp thực hiện và khả năng áp dụng phương pháp đề
nghị vào thực tế. Đồng thời đề xuất hướng nghiên cứu phát triển đề tài.
Chương I: Giới thiệu luận văn

Học viên: Trần Nguyên Ngọc ThắngTrang 4

3. PHẠMăVIăNGHIÊNăCỨU
Nghiên cứu xoay quanh bài toán tái cấu trúc lưới trên lưới điện phân phối có cấu
trúc mạch vòng nhưng vận hành hở (lưới điện hình tia).
Bài toán được nghiên cứu trong luận văn bao gồm các vấn đề sau:
1. Kết hợp nhiều mục tiêu với nhau vào trong một bài toán tái cấu trúc: mục
tiêu giảm tổn thất công suất và mục tiêu cân bằng tải.
2. ng dụng giải thuật gen trong MATLAB và logic mờ để giải bài toán tái
cấu trúc theo hàm đa mục tiêu.
4. PHƯƠNGăPHÁPăNGHIÊNăCỨU
 đây chúng ta sử dụng các phương pháp sau:
1. Sử dụng phương pháp toán học hiện đại như giải thuật di truyền để giải
quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối.
2. Sử dụng lý thuyết logic mờ để xây dựng các hàm mục tiêu: tổn thất công
suất và cân bằng tải.
3. Sử dụng các kết quả nghiên cứu của các đồng nghiệp đã công bố trước
đây và có liên quan đến đề tài nghiên cứu để so sánh và đánh giá.

Chương III : Phương pháp tiếp cận.
Chương IV : Kiểm chứng giải thuật đề nghị.
Chương V : Kết luận và đề xuất.
Tài liệu tham khảo và Phụ lục.
Chương II: Nghiên cứu tổng quan

Học viên: Trần Nguyên Ngọc ThắngTrang 6
thế trung gian (thường là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV) đến các
trạm khách hàng. Chế độ vận hành bình thường của lưới điện phân phối là vận hành
hở, hình tia hoặc dạng xương cá. Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, mạng
điện phân phối thường được thiết kế mạch vòng nhưng vận hành hở.
Trong mạch vòng các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc
thiết bị nối mạch vòng (Ring Main Unit). Các thiết bị này vận hành ở trạng thái mở.
Trong trường hợp cần sửa chữa hoặc sự cố đường dây điện thì việc cung cấp điện
không bị gián đoạn lâu dài, nhờ việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng
cắt dao cách ly phân đoạn hay tự động chuyển đổi nhờ các thiết bị nối mách vòng.
Một đường dây phân phối luôn có hai loại phụ tải là phụ tải dân dụng và phụ tải
phi dân dụng. Các phụ tải này được phân bố không đồng đều trên đường dây. Mỗi
loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần
và trong tháng. Vì vậy, đồ thị phụ tải của chúng không bằng phẳng và luôn có sự
chênh lệch công suất tiêu thụ. Điều này gây ra quá tải đường dây, ảnh hưởng tuổi
thọ thiết bị và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Bảng 2.1: Tỷ trọng các thành phần phụ tải năm 2011 của EVN.
Công nghiệp,
Xây dựng
Thương nghiệp, Nhà
hàng, Khách sạn
Quản lý,
tiêu dùng
Hoạt động
khác
Nông, lâm
nghiệp, thủy sản
52,67 %
4,61 %
37,78 %
3,28 %

nhiên, các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thoả mãn các điều kiện sau:
- Cấu trúc vận hành là hình tia và hở.
- Tất cả các phụ tải đều phải được cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép.
- Các hệ thống bảo vệ relay, thiết bị đóng cắt phải thay đổi phù hợp với thực tế.
- Các phát tuyến đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.
1.1 Ảnh hởng chỉ tiêu kinh t - kỹ thut đn h thng đin
Tổn thất điện năng chiếm tỷ lệ lớn trong tổn thất của hệ thống bao gồm: tổn thất
lưới truyền tải, phân phối, hạ áp. Hình 2.1: Biểu đồ 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 † 2 lần, hạ áp từ 2 † 2.5 lần.
Chương II: Nghiên cứu tổng quan

Học viên: Trần Nguyên Ngọc ThắngTrang 9

Xác suất ngừng cung cấp do sự cố, sủa 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 áp vận hành so với lưới truyền tải, và là nơi

0%
22kV
59.8%
2. HIỆN TRNG VÀ ĐC ĐIỂM LƯI ĐIỆN PHÂN PHI  VIỆT NAM
Lưới điện phân phối Việt Nam tồn tại 3 cấp điện áp (35, 22, 15)kV, trong đó
lưới 35kV có khối lượng rất nhỏ mà chủ yếu là lưới (15, 22)kV. Đối với miền Nam
trong thời gian vừa qua lưới 22kV các tỉnh phát triển mạnh mẽ, nếu không tính hai
khu vực TP.Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai, lưới 22kV khu vực Tổng công ty điện
lực Miền Nam quản lý chiếm 87,9% (theo dung lượng TBA), 81,9% (theo khối
lượng đường dây). Mặt khác ở khu vực này lưới 15kV hầu hết được thiết kế theo
tiêu chuẩn 22kV, do vậy ở khu vực này việc chuyển đổi lưới 15->22kV cơ bản là
rất thuận lợi. Trong một vài năm tới lưới 15kV cơ bản chuyển thành lưới 22kV.
Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp lưới điện phân phối khu vực miền Nam.
Trong những năm gần đây, Tổng Công ty điện lực Miền Nam đã đẩy mạnh phát
triển lưới điện phân phối, bình quân trong giai đoạn 5 năm từ 2007 đến 2011 phát
triển trung bình hơn 1.500 km đường dây phân phối và công suất hơn 2.000 MVA.
Bảng 2.2: Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN
Năm
2007
2008
2009
2010
2011
Đường dây phân phối (km)

tải nhất định (chỉ xét ở một thời điểm).
- Bài toán 2: Giảm tổn thất năng lượng, bài toán này dựa vào bài toán cơ bản
nêu trên, nhưng xét cho một khoảng thời gian. Kết quả sẽ chỉ ra một cấu trúc
lưới điện có tổn thất năng lượng là nhỏ nhất trong khoảng thời gian xem xét
(vừa xét vả tổn thất điện năng, chi phí thao tác đóng cắt khóa điện để chuyển
đổi cấu trúc lưới và chi phí khấu hao các thiết bị đóng cắt).
- Bài toán 3: Cân bằng tải máy biến áp và đường dây, kết quả sẽ chỉ ra một cấu
trúc lưới điện, trong đó tải được phân phối đều theo khả năng tải của máy
biến áp và đường dây. Cấu trúc lưới điện này chủ yếu đáp ứng về mặt kỹ
thuật, tăng độ tin cậy cung cấp điện. Đảm bảo khả năng dự trữ của mỗi máy
biến áp và đường dây gần như nhau, ít xảy ra quá tải khi thay đổi.
- Bài toán 4: Khôi phục việc cung cấp điện, bài toán này giải trong trường hợp
sự cố ngắn mạch hay quá tải phải cắt điện một hay nhiều đoạn đường dây.
Kết quả sẽ chỉ ra một cấu trúc lưới điện cô lập phần bị sự cố, cấp điện trở lại
cho phụ tải bị ảnh hưởng với các ràng buộc dòng, áp nằm trong phạm vi cho
phép và đảm bảo số phụ tải bị mất điện là ít nhất.

Chương II: Nghiên cứu tổng quan

Học viên: Trần Nguyên Ngọc ThắngTrang 12

4. CÁC PHƯƠNG PHÁP TỊM TRNG THÁI KHịA ĐIỆN TI ƯU
a. Gii thut mô phng luyn kim (Simulated Annealing Algorithm ậ SA)
Các thuật toán mô phỏng luyện kim lần đầu tiên được đề xuất bởi Scott
Kirkpatrick, C. Daniel Gelatt, Cerny và Mario P. Vecchi vào năm 1983 dựa trên
mô hình của quá trình xử lý tinh thể do Metropolis đề cập đến vào năm 1953.
Tên của thuật toán này xuất phát từ quá trình làm lạnh và kết tinh hoặc một kim

kiến ít đi. Sự khác nhau này sẽ ảnh hưởng đến sự di chuyển của những con kiến sau
đi trên mỗi đoạn đường. Nếu dấu chân để lại trên đường đi nhiều thì sẽ có khả năng
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
một 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 (xem Hình 2.6). Từ khi giải thuật kiến trở thành một 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 một cấu trúc có tổn thất
công suất là nhỏ nhất.

Hình 2.4: Ví dụ giải thuật đàn kiến (ACS).
Chương II: Nghiên cứu tổng quan

Học viên: Trần Nguyên Ngọc ThắngTrang 14

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

: Dấu chân của kiến trên chặng đường xy của con kiến thứ i ϵ x và con
kiến ϵ y, ở lần lặp thứ i.
Q: Giá trị hằng số; ρ: Xác suất bay hơi dấu chân của những con kiến đi qua.






: 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
chọn ra được cấu trúc tốt nhất trong số các cấu trúc ban đầu, các cấu trúc còn
lại thì sẽ làm bay hơi dấu chân của các cấu trúc này bằng công thức (2.3).




  

   



  

 








: Khả năng đóng/cắt của các khóa điện trong từng vòng, giá trị
này ϵ [0 , 1] .
- Bước 5: nếu thời gian cho phép vẫn còn và các cấu trúc chọn vẫn còn thì ta
quay lại bước 2.
- Bước 6: nếu thời gian cho phép chấm dứt hay cấu trúc được chọn không còn
thì ta dừng chương trình và xuất ra kết quả.
c. Phng pháp h thần kinh nhân to (Artificial Neural Network ậ ANN)
Hệ thần kinh nhân tạo tỏ ra đặc biệt hữu dụng để thực hiện tái cấu trúc lưới vì
chúng có thể mô phỏng mối liên hệ giữa tính chất phi tuyến tính của tải với tính
chất của mạng lưới topo nhằm cực tiểu hóa tổn thất trên dây. Mặc dù ANN làm
giảm đáng kể thời gian tính toán ngay cả khi áp dụng cho các hệ thống phức tạp,
việc ứng dụng chúng trong thực tế vẫn gặp khó khăn do những lý do sau:
- Thời gian huấn luyện kéo dài do tính chất phức tạp trong thao tác.
- Việc huấn luyện cần thực hiện cho từng yếu tố cấu thành lưới điện và cần
được cập nhật, điều chỉnh một cách liên tục sau này.
- Các số liệu mẫu phải thật chính xác để đảm bảo kết quả tính toán có ý nghĩa.
Kim và các cộng sự đã đề xuất một giải thuật gồm hai giai đoạn dựa trên ANN
trong nỗ lực tái cấu trúc hệ thống nhằm cực tiểu hóa tổn thất. Nhằm tránh những
khó khăn liên quan đến khối lượng lớn các dữ liệu, Kim đã đề nghị chia hệ 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
Chương II: Nghiên cứu tổng quan

Học viên: Trần Nguyên Ngọc Thắng

Học viên: Trần Nguyên Ngọc ThắngTrang 17

Giải thuật tìm kiếm này đã và đang được áp dụng rộng rãi trong xử lý một số
vấn đề của mạng điện và mang lại một số kết quả rất khả quan.Thuật toán tìm kiếm
Tabu được ứng dụng để tính toán các phương án tối ưu và gần tối ưu đối với bài
toán tái cấu trúc theo các bước sau đây:
- Bước 1: nhập dữ liệu nhánh, tải và nút của một hệ thống phân phối bao gồm
cả các điều kiện ràng buộc khi vận hành.
- Bước 2: lựa chọn một phương án ngẫu nhiên từ không gian tìm kiếm: S
0
ϵ Ω.
Các nghiệm này được thể hiện bởi số lượng khóa điện sẽ được mở trong suốt
quá trình tái cấu trúc.
- Bước 3: thiết lập kích thước của danh sách Tabu, số lần lặp lớn nhất và đặt
chỉ số lần lặp m = 1.
- Bước 4: để phương án ban đầu thu được trong bước 2 là phương án hiện tại
và phương án tốt nhất: S
best
= S
0
, và S
current
= S
0
.
- Bước 5: chạy phân bố công suất để xác định tổn thất công suất, các điện áp