BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN HỮU HÙNG PHONG

TÌM HIỂU BÀI TOÁN VỀ TÁI CẤU TRÚC
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC HÀM MỤC TIÊU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

S K C0 0 4 3 1 6

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGUYỄN HỮU HÙNG PHONG

TÌM HIỂU BÀI TOÁN VỀ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI VÀ CÁC HÀM MỤC TIÊU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014

Từ năm 2000 2005: học đại học trường Đại học Bách Khoa
TP.HCM, chuyên ngành: Điện – Điện tử.
Từ năm 2012 đến nay: học cao học tại trường Đại học SPKT
TP.HCM,chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện (mở tại Cần Thơ).

QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC
Từ ngày 28/02/2006 đến 31/12 /200 8: Côn g ty Cổ phần Phân Bón &
Hóa Chất Cần Thơ .
Từ năm 01/2009 đến 05/ 2014 :Văn Phòng Luật Sư Số 1 Thành Phố Cần Thơ.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 04 năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM TẠ

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt,
trang bị những kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho tôi trong quá trình học cao học
tại trường.
Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn đến Thầy TS. Trương Việt Anh người đã
tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm và giúp đỡ để tôi hoàn thành quyển luận
văn này.
Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình, cơ quan, đồng nghiệp
và bạn bè đã giúp đỡ cho tôi rất nhiều, đã tạo cho tôi niềm tin và nỗ lực cố gắng để


1

1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

2

1.3. Phạm vi nghiên cứu

2

1.4. Phương pháp nghiên cứu

2

1.5. Điểm mới của luận văn

3

1.6. Giá trị thực tiễn

3

1.7. Bố cục luận văn

4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Đặc điểm của lưới phân phối



2.4.3. Giải thuật di truyền

15

2.4.4. Giải thuật đàn kiến

17

2.4.5. Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo

19

2.4.6. Hệ chuyên gia

20

2.4.7. Phương pháp tìm kiếm TABU

21

2.4.8. Phương pháp bầy đàn

22

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ
3.1. Bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất

24

4.2. Hướng phát triển đề tài

50


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
TỪ
Lưới điện phân phối
Giải thuật di truyền (Genetic algorithm)

VIẾT TẮT
LĐPP
GA

Giải thuật đàn kiến (Ant colony algorithm)

ACS

Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network)

ANN

Phương pháp tìm kiếm TABU (Tabu Search Method)

TS

Phương pháp bầy đàn (Particle Swarm Optimization)

PSO


Hình 2.6: Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn

23

Hình 3.1 Sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến

24

Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán PSO

28

Hình 3.3: Lưu đồ thuật toán đề nghị

30

Hình 3.4: Sơ đồ mạng 3 nguồn 16 nút

31

Hình 3.5: Đặc tính hội tụ không có DG

33

Hình 3.6: Đặc tính hội tụ của giải thuật sau các lần thực thi khác nhau

33

Hình 3.5: Đặc tính hội tụ có DG


Hình 3.15: Chất lượng điện áp sau khi tái cấu trúc

45

Hình 3.16: Sơ đồ xuất tiến 471/A20

47

Hình 3.17: Sơ đồ xuất tiến 477/SHo

48

Hình 3.18: Sơ đồ khối hệ thống lưới điện Sông Hinh

48


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1: Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC

9

Bảng 2.2: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới

10


49


Chương 1: Giới thiệu

GVHD: TS. Trương Việt Anh

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN
1.1. Đặt vấn đề
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 lưới điện phân phối chiếm 5-7%. Do đó nghiên
cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối là một nhu cầu bức
xúc, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích 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, 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

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.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xoay quanh bài toán tái cấu trúc lưới trên lưới điện phân phối có
cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hình tia. Bài toán tái cấu trúc được nghiên cứu
trong luận án này là: Bài toán tái cấu trúc lưới để giảm tổn thất công suất.
1.4. Phương pháp nghiên cứu
Ở đây chúng ta sử dụng các phương pháp sau:
1. Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề tái cấu trúc
lưới điện.
2. Cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu.

Trang 2


Chương 1: Giới thiệu

GVHD: TS. Trương Việt Anh

3. Thành tựu lý thuyết đã đạt được có liên quan đến đề tài nghiên cứu.
4. Kết quả nghiên cứu của đồng nghiệp đã công bố trên các ấn phẩm và có liên
quan đến đề tài nghiên cứu.
5. Các số liệu thống kê liên quan đến đề tài nghiên cứu.
6. Dựa trên các thuật toán tối ưu để tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm tổn thất
công suất.
1.5. Điểm mới của luận văn
Đề xuất một giải thuật mới tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng
dựa theo giải thuật tối ưu bầy đàn (Particle swarm optimization - PSO). Sử dụng
giải thuật đề nghị vào bài toán tìm trạng thái khóa điện tối ưu của lưới điện nhằm


Trang 4


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU
TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Đặc điểm của lưới phân phối
Lưới điện phân phối (LĐPP) là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các
trạm biến thế trung gian ( thường là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV)
đến khách hàng. Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay mạch
tia, còn các đường dây phân phối 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 vòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp
trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố. Việc khôi phục
lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện nằm trên các
mạch vòng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khoá điện.
Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh
hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp …) và các phụ tải này được phân bố không
đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và
luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường
dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ.
Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, các điều độ viên sẽ thay đổi cấu


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.

-

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.
Trang 6


Chương 2: Tổng Quan


Hình 2.2b: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở

2.2. Thực trạng của lưới phân phối của Việt Nam.
LĐPP của 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.

Trang 8


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐPP khu vực miền Nam
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.

Năm

2007


17.697

Bảng 2.1. Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC

2.3. Các bài toán tái cấu trúc lưới điện ở goc 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.

Trang 9


Chương 2: Tổng Quan

-

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát
để tổn thất năng lượng bé nhất.

-


1

2

3

4

5

6


Khoá điện được điều khiển từ xa







Chi phí chuyển tải thấp, không









Chi phí chuyển tải cao, mất



điện khi chuyển tải

Lưới điện hầu như không quá tải









Bảng 2.2. Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới
2.4. Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất công
suất

Trang 10


Chương 2: Tổng Quan

GVHD: TS. Trương Việt Anh

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

Vi phạm
các điều kiện vận
hành
Không
Không

Có

Đóngkhoá điện vừa mở
Mở khoá điện có dòng bé nhất tiếp theo

Lưới điện hình tia
Có
Xuất kết quả

Hình 2.4: Giải thuật của Merlin và Back được chỉnh sửa
Shirmohammadi [2] là tác giả đầu tiên sử dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một
lượng cơng suất khơng đổi để mơ phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối
hoạt động hở về mặt vật lý nhưng về mặt tốn học là một mạch vòng. Dòng cơng
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.

-

Tính chất khơng cân bằng và nhiều pha chưa được mơ phỏng đầy đủ.
Trang 12

iD
 iD

Trong đó

2

D

: Tập các nút tải được dự kiến chuyển tải

Ii

: Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i

EM

: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M

EN

: Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N

(1*)

Rloop : Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng khoá điện đang mở.
Biểu thức (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.