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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN MINH QUÂN

TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
ĐỂ GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT
S

K

C

0

0

3

9

5

9

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

S KC 0 0 3 9 3 6


PGS.TS. PHAN THỊ THANH BÌNH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012


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

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên học viên: Nguyễn Minh Qn

MSHV: 10085250021

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và Nhà máy điện

Khóa: 2010 - 2012

Tên đề tài: Tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm tổn thất cơng suất.
Học viên đã hoàn thành LVTN theo đúng yêu cầu về nội dung và hình thức (theo qui
đònh) của một luận văn thạc só.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng năm 2012
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ học tên)

Phan Thị Thanh Bình

Tên luận văn tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho cao ốc Central Park –
Office Building
Thời gian & nơi bảo vệ luận văn tốt nghiệp: học kỳ 1 năm học 2009-2010 tại
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: Ths. Trần Quang Thọ.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC.

Thời gian

Nơi công tác

10/2011-

Trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng

08/2012

Thành Phố Hồ Chí Minh

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang i

Công việc đảm nhiệm
Giảng viên

GVHD:PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình



Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất cả các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ tôi về
tinh thần, vật chất và công sức trong suốt quá trình học tập cũng như để hoàn thành
luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn !
TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2012

Nguyễn Minh Quân

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang iv

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Luận văn thạc sĩ

Tóm tắt

TÓM TẮT

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.
Đề xuất một giải thuật mới tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng
dựa theo luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây (Plant

Lời cảm ơn ............................................................................................................. iv
Tóm tắt ......................................................................................................................v
Mục lục ................................................................................................................... vi
Danh sách các chữ viết tắt ........................................................................................x
Danh sách các bảng ................................................................................................ xi
Danh sách các hình ................................................................................................ xii
Chương 1. Giới Thiệu Luận Văn ........................................................................01
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................02
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn .................................................................03
1.3. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................03
1.4. Phương pháp giải quyết bài toán ......................................................................03
1.5. Điểm mới của luận văn ....................................................................................04
1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn ...........................................................................04
1.7. Bố cục của luận văn .........................................................................................05
Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc để giảm tổn thất cho
lưới điện phân phối................................................................................................06
2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối ...................................................................07
2.1.1 Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện ....................08
2.1.2. Cấu trúc lưới điện ..........................................................................................08
2.2. Hiện trạng và đặc điểm của lưới điện phân phối ở Việt Nam ..........................10
2.3. Các bài toán tái cấu hình lưới điện ở góc độ vận hành ....................................11

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang vi

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Luận văn thạc sĩ

Phụ lục ....................................................................................................................55

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang vii

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Luận văn thạc sĩ

Danh sách các chữ viết tắt

DANH SÁCH
TCTLĐ: tái cấu trúc lưới điện.
LĐPP: lưới điện phân phối.
GA: giải thuật di truyền.
ACS: Giải thuật đàn kiến
ANN: phương pháp mạng thần kinh nhân tạo.
PSO: phương pháp bầy đàn.
TS: phương pháp bảng tìm kiếm.
SA: phương pháp mô phỏng luyện kim.
PGSA: Giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây.

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang viii

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Trang

Hình 2.1. Tổn thất điện năng của EVN ........................................................... 08
Hình 2.2a. Sơ đồ lưới điện hình tia ................................................................ 09
Hình 2.2b. Sơ đồ cung cấp điện kín vận hành hở ............................................ 09
Hình 2.3. Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Nam .......... 10
Hình 2.4. Giải thuật của Merlin và Back được chỉnh sửa ............................... 13
Hình 2.5. Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự ................................ 15
Hình 2.6. Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn (PSO). ............................... 23
Hình 3.1. không gian trạng thái tập trung Morphactin ................................... 27
Hình 3.2a. Mạch ví dụ ban đầu ........................................................................ 28
Hình 3.2b. Mạch trường hợp 1 ........................................................................ 28
Hình 3.2c. Mạch trường hợp 2......................................................................... 29
Hình 3.2d. Mạch trường hợp 3 ........................................................................ 29
Hình 3.3. Sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến.................................................... 30
Hình 3.4. Lưới điện 3 nguồn của Civanlar ..................................................... 32
Hình 3.5. Lưu đồ giải thuật đề nghị ................................................................. 34
Hình 3.6. Ma trận nút mô tả tập nguồn, tập tải và các nút có khả năng liên kết
với nhau ........................................................................................................... 35
Hình 3.7. Ma trận mô tả lưới điện hình tia ...................................................... 37
Hình 3.8. Ma trận mô tả các nút đã được cấp điện .......................................... 37
Hình 3.9. Cấu trúc lưới điện khi mở tất cả các khóa điện ............................... 38
Hình 3.10. Cấu trúc lưới điện sau bước thứ nhất ................................................. 39
Hình 3.11. Cấu trúc lưới điện sau bước thứ hai............................................... 40
Hình 3.12. Cấu trúc lưới điện sau bước thứ mười hai ..................................... 41
Hình 4.1. Cấu trúc lưới điện 3 nguồn lúc ban đầu ........................................... 43
Hình 4.2. Cấu trúc lưới điện 3 nguồn sau khi cấu trúc lại ............................... 45
Hình 4.3. Cấu trúc lưới điện 1 nguồn lúc ban đầu .......................................... 46
Hình 4.4. Cấu trúc lưới điện 1 nguồn sau khi cấu trúc lại ............................... 49


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
năng lượng 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.
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, nhằm giúp tăng lợi ích kinh tế cho doanh

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang 2

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Chương 1: Giới thiệu luận văn


HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang 3

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Chương 1: Giới thiệu luận văn

6. Dựa trên luật tăng trưởng của PGSA (Plant Growth Simulation Algorithm) 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 luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây (Plant
growth simulation algorithm – PGSA). 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.
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 dựa trên luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng
tăng trưởng cây để tái cấu trúc lại lưới điện phân phối ở Việt Nam nhằm giảm tổn
thất công suất thì:
1. Góp phần nâng cao chất lượng điện, khả năng truyền tải và khả nâng 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.

 CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang 6

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
2.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA LƯỚI ĐIỆN 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.

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.

-

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.


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

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang 9

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
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.

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

HVTH: Nguyễn Minh Quân

Trang 10

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .
2.3. CÁC BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI (TCTLĐ) ĐIỆN 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.



Trang 11

GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình


Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối .

Đặc điểm lưới điện

Tên bài toán

1

2

3

4

5

6


Khoá điện được điều khiển từ xa















Lưới điện hầu như không quá tải



7









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