BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

LÊ DUY PHÚC

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT
TỐI ƯU TRỌNG TRƯỜNG GSA ĐỂ TÁI
CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP.HCM
CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202

TP. HCM, tháng 01 năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

LÊ DUY PHÚC

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT
TỐI ƯU TRỌNG TRƯỜNG GSA ĐỂ TÁI
CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TP.HCM
CÓ XÉT ĐẾN ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện


Phản biện 1

3

PGS.TS. Võ Ngọc Điều

Phản biện 2

4

PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

5

TS. Huỳnh Quang Minh

Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

tưởng đề xuất đồng thời so sánh với kết quả thực tế vận hành nếu đó là một lưới
điện thực tế.
III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/08/2015
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/01/2016
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Trương Việt Anh
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS. TS. Trương Việt Anh

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng 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.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Lê Duy Phúc


ii



ABSTRACT
Nowadays, electricity is indispensable for living, commercial, production. The
development of electricity has experienced through many stages. A lot of scientists and
experts are trying their best to find the best solution to operate electrical network
effectively. Many algorithms, solutions had shown their property and effectiveness on
reducing the outage time, loss power,… This thesis introduced about the theory and the
application of Gravitational Search Algorithm (GSA) on solving problems of
distribution network. The result of this thesis will show a new configuration of
distribution network that can help to minimize the cost of operational and the cost of
damage caused by outages. The major content of this thesis is building the model to
find the find the best reconfiguration structure of HCMC distribution network that
minimizes the cost of operation and the compensation for the customers caused by
outages. Then applying the algorithm and the model for solving problems on HCMC
area based on the input parameter. After that, the results will show the reliability
construction that can be operated to minimize the loss power and guarantee the
electrical supply to the customers. This shows the effectiveness and rightness of the
proposed objectives and algorithm.


v

MỤC LỤC
Lời cam đoan ......................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ............................................................................................................................ ii
Tóm tắt .................................................................................................................................iii
Abstract ................................................................................................................................ iv
Mục lục.................................................................................................................................. v
Danh sách các chữ viết tắt.................................................................................................viii
Danh sách các bảng .............................................................................................................. x

2.6.1 Các nghiên cứu khoa học.............................................................................. 54
2.6.1.1 Phương pháp cây sự cố - Graph Tree ................................................. 54
2.6.1.2 Mô hình hóa dựa trên tỷ lệ sự cố và thời gian sửa chữa .................... 57
2.6.1.3 Mô hình hóa cải tiến của Karin Alvehag và Lennart Soder .............. 58
2.6.2 Các chỉ tiêu tính toán độ tin cậy trong lưới điện phân phối........................ 60
Chương 3 THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ VÀ KIỂM TRA THỰC TẾ TRÊN LƯỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI THUỘC PHẠM VI QUẢN LÝ CỦA ĐIỆN LỰC THỦ THIÊM .......... 63
3.1 Đặt vấn đề ..................................................................................................................... 63
3.2 Xây dựng hàm mục tiêu ............................................................................................... 64
3.2.1 Bài toán tái cấu trúc lưới cực tiểu chi phí vận hành .................................... 64
3.2.2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí ngừng cung cấp điện ............. 66
3.2.2.1 Xét lưới điện đơn giản có một nguồn ................................................. 66
3.2.2.2 Xét mạng điện kín vận hành hở .......................................................... 67
3.2.2.3 Tính toán chi phí ngừng cung cấp điện .............................................. 68
3.2.3 Hàm mục tiêu của bài toán cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng
cung cấp điện ...................................................................................................................... 65
3.2.3.1 Xây dựng thuật toán tính chi phí vận hành trong một ngày .............. 69
3.2.3.2 Xây dựng thuật toán tính cực tiểu chi phí ngừng cung cấp điện....... 70
3.3 Giải thuật tối ưu trọng trường – Gravitational Search Algorithm (GSA)................. 72
3.3.1 Khái niệm về thuật toán trọng trường GSA ................................................ 72
3.3.2 Lưu đồ thuật toán GSA ................................................................................. 75
3.4 Tái cấu trúc lưới điện phân phối cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng điện sử
dụng thuật toán GSA .......................................................................................................... 82
3.5 Ví dụ kiểm tra giải thuật .............................................................................................. 84
3.5.1 Mạng điện 1 nguồn 33 nút ............................................................................ 85
3.5.2 Kiểm tra thực tế trên lưới điện phân phối của Điện lực Thủ Thiêm.......... 94
Chương 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT .......................................................................... 105


vii

EEI

: Edison Electric Institute

EPRI

: Electric power reasearch Institute

CEA

: Canadian Electric Association

GA

: Genetic Algorithm

ACS

: Ant colony search

ANN

: Aritificial Neutral Network

PSO

: Practicle Swarm Optimization

TS


ENS

: Energy Not Supplied

AENS

: Average Energy Not Supplied

ACCI

: Averaga Customer Cutarilment Index

ASIFI

: Average System Interruption Frequency Index

ASIDI

: Average System Interruption Duration Index

MAIFI

: Momentary Average Interruption Frequency Index

CEMIn

: Customers Experiencing Multiple Interruptions

DMS



DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 2.1 : Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối .................................................... 7
Hình 2.2 : Sơ đồ lưới điện TPHCM năm 2015 ........................................................... 8
Hình 2.3 : Sơ đồ lưới điện trung thế của Điện lực An Phú Đông ............................... 9
Hình 2.4: Sơ đồ lưới điện mạch vòng có 3 nguồn vận hành hở ................................ 35
Hình 2.5: Giải thuật của MerLin và Back đã được Shirmohammadi chỉnh sửa ....... 41
Hình 2.6: Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự ......................................... 43
Hình 2.7: Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn PSO ............................................ 49
Hình 2.8: Cấu trúc điển hình của việc phân tích độ tin cậy của lưới điện ................ 53
Hình 2.9: Mô hình phân chia lưới phân phối L......................................................... 55
Hình 2.10: Mô hình hai trạng thái của thiết bị .......................................................... 57
Hình 2.11: Mô hình theo gió và sét ........................................................................... 59
Hình 3.1: Sơ đồ đơn tuyến một phát tuyến ............................................................... 64
Hình 3.2: Đồ thị phụ tải lưới điện của một ngày trong mùa ..................................... 66
Hình 3.3: Sơ đồ mạng một nguồn hai phụ tải ........................................................... 66
Hình 3.4: Sơ đồ mạng điện hai nguồn....................................................................... 67
Hình 3.5: Lưu đồ tính chi phí vận hành trong một mùa............................................ 70
Hình 3.6: Lưu đồ thuật toán tính chi phí ngừng điện cho mỗi cấu trúc lưới ............ 72
Hình 3.7: Các vật thể tương tác với nhau.................................................................. 73
Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán GSA ............................................................................. 75
Hình 3.9: Độ hội tụ của bài toán cực tiểu hàm số bậc 4 sử dụng GSA..................... 82
Hình 3.10: Tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng điện. .... 83
Hình 3.11: Mạng điện 1 nguồn 33 nút ...................................................................... 87
Hình 3.12: Độ hội tụ của hàm chi phí vận hành theo ∆A là bé nhất......................... 88
Hình 3.13: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 1...................... 89
Hình 3.14: Độ hội tụ của hàm mục tiêu bài toán trong trường hợp 2 ....................... 90
Hình 3.15: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 2...................... 91
Hình 3.16: Độ hội tụ của hàm mục tiêu bài toán trong trường hợp 3 ....................... 92
Hình 3.17: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 3...................... 93

điện và chất lượng điện năng như tìm kiếm nguồn năng lượng mới (renewable energy),
hệ thống SCADA/EMS/DMS, những thuật toán tái cấu hình lưới để xây dựng một lưới
điện vận hành thông minh và có độ ổn định cao.
Với đặc thù của lưới điện phân phối của Việt Nam, bài toán tái cấu trúc lưới điện
được đề xuất phục vụ công tác vận hành nhằm đi tìm một cấu trúc tối ưu cho lưới điện
ứng với từng mục tiêu riêng lẻ hay nhiều mục tiêu khác nhau. Mục tiêu của bài toán
đim tìm cấu trúc tối ưu của lưới điện phân phối là giảm chi phí vận hành và giảm chi
phí ngừng cung cấp điện đến khách hàng.
Luận văn này tiếp cận cách thức xây dụng thuật toán tính chi phí ngừng cung cấp
điện cho mỗi cấu trúc lưới điện, từ đó áp dụng vào bài toán tái cấu trúc lưới điện phân
phối để cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là thấp nhất sử dụng
giải thuật tối ưu trọng trường Gravitational Search Algorithm – GSA. Kết quả được


2

khảo sát trên nhiều lưới điện từ đơn giản đến phức tạp và được vận hành ở nhiều
trường hợp khác nhau.
Việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trong lưới điện phân
phối sẽ mang lại nhiều lợi ích như sau:
1.1.1 Đối với các công ty Điện lực
- Giảm giá thành điện năng do giảm được chi phí bồi thường thiệt hại cho khách
hàng khi ngừng cung cấp điện.
- Tăng lợi nhuận cho các công ty Điện lực do tăng lượng điện năng cung cấp cho
khách hàng.
- Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các công ty Điện lực trong thị trường điện
đang ngày được thương mại hóa.
- Ngoài ra, tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện sẽ
giảm được tổn hao công suất trên đường dây và giảm được chi phí vận hành.
1.1.2 Đối với khách hàng sử dụng điện

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Mục tiêu của Luận Văn là tìm ra một giải thuật phù hợp, cho kết quả đáng tin cậy
trong việc tái cấu trúc điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện. Luận văn
này giúp chúng ta giải quyết các vấn đề sau:
- Tìm hiểu các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp
dụng.
- Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện, các phương pháp đánh giá và những
yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối.
- Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật Gravitational Search Algorithm –
GSA để tìm ra cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận
hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi hệ thống.


4

- Kiểm chứng trên một số lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý
tưởng đề xuất đồng thời so sánh với kết quả thực tế vận hành nếu đó là một lưới điện
thực tế.
1.3 Phạm vi nghiên cứu của luận văn
Phạm vi nghiên cứu của Luận văn tập trung giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới
điện phân phối với mục đích cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện
cho hệ thống.
Với cơ sở lý thuyết là xây dựng thuật toán tính chi phí vận hành và chi phí ngừng
cung cấp điện cho mỗi cấu trúc lưới và áp dụng thuật toán Gravitational Search
Algorithm vào trong hệ thống lưới điện hai nguồn, ba nguồn và một nguồn.
1.4 Hướng giải quyết vấn đề
- Phân tích tổng hợp tài liệu liên quan đến bài toán tái cấu trúc lưới điện.
- Cơ sở liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Sử dụng các phương pháp tính toán học để xây dựng hàm mục tiêu giảm chi phí
vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống.

2.1 Hệ thống điện
Hệ thống điện phân phối là hệ thống bao gồm lưới điện phân phối lấy nguồn từ
các trạm trung gian 110/15/22 kV và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối
làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân bố điện năng.
Hệ thống điện không ngừng phát triển theo thời gian và phụ thuộc vào nhu cầu
ngày càng tăng của phụ tải. Tùy thuộc vào lĩnh vực nghiên cứu mà hệ thống điện được
chia thành 2 khía cạnh độc lập nhau:
- Về mặt quản lý và vận hành, hệ thống điện được phân bố thành:
+ Các nhà máy phát điện: bao gồm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, địa nhiệt,
tua bin quay nhờ sức gió, dòng thủy triều,… Các nhà máy điện do các công ty phát dẫn
điện quản lý và vận hành.
+ Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp
có cấp điện áp từ cấp điện áp 110kV trở lên làm nhiệm vụ nhận công suất từ các nhà
máy điện phát lên và truyền tải điện đi xa. Lưới truyền tải điện do công ty truyền tải
điện phối hợp cùng các điều độ miền quản lý và vận hành.
+ Lưới điện phân phối là lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp
điện áp từ 35kV trở xuống làm nhiệm vụ phân bố công suất đến từng phụ tải. Lưới điện
phân phối do các công ty Điện lực phân phối phối hợp cùng các điều độ lưới phân phối
quản lý và vận hành.
- Về mặt nghiên cứu, tính toán thì hệ thống điện được phân thành:
+ Lưới truyền tải siêu cao áp (500kV)
+ Lưới truyền tải (110, 220, 330 kV)
+ Lưới khu vực (110, 220 kV)
+ Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV)


7

+ Lưới phân phối hạ áp (0.4 kV và 0.22 kV)
Sơ đồ một hệ thống điện được thể hiện như sau:

- Trạm Phú Lâm:
+ Biến đổi điện thế 500/220 kV để truyền tải cho các trạm nút như Hóc Môn, Nhà
Bè, Cai Lậy và chính nó.
+ Biến đổi điện thế 220/110 kV để truyền tải cho các trạm trung gian 110/15 kV .
+ Biến đổi điện thế 110/15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực.
+ Nguồn cung cấp: Trạm Phú Lâm lấy điện chủ yếu từ “Đường dây 500 kV“. Bên
cạnh đó, nguồn đổ ngược từ Nam ra Bắc hay khi có sự cố trên “Đường dây 500 kV“ nó
có thể lấy điện từ NMĐ Trị An–Hóc Môn–Phú Lâm hay NMĐ Phú Mỹ 1,2–Nhà Bè–
Phú Lâm..
+ Máy Biến Thế (MBT):
1T – 3x150 MVA – 500/225/35 kV
2T – 3x150 MVA – 500/225/35 kV
3T – 250 MVA – 225 8x1.25%/121/23 kV
4T – 250 MVA – 225 8x1.25%/121/23 kV
7T – 250 MVA – 225 8x1.25%/121/23 kV


10

5T – 40 MVA – 115 9x1,78%/15,75/11 kV
6T – 63 MVA – 115 9x1,78%/15,75/11 kV
9T – 20 MVA
10T – 63 MVA
+ Tụ Bù: Trạm Phú Lâm có hai giàn tụ bù 50 MVAr cấp điện thế 35 kV dùng để
bù phần công suất phản kháng trên đường dây 500kV.
- Trạm Hóc Môn:
+ Biến đổi điện thế 220/110 kV để phân phối cho các trạm trung gian 110/15 kV.
+ Biến đổi điện thế 110/15 kV để phân phối cho các Điện Lực khu vực.
+ Nguồn cung cấp: Trạm Hóc Môn lấy điện chủ yếu từ NMĐ Trị An và “ Đường
dây 500 kV “–Phú Lâm–Hóc Môn, liên kết với trạm Thủ Đức qua đường dây 220KV