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

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

HOÀNG SƠN

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG MÁY
PHÁT PHÂN TÁN ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY
CUNG CẤP ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
HÌNH TIA

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60520202

TP. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm
2016


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

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

HOÀNG SƠN

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG MÁY
PHÁT PHÂN TÁN ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY
CUNG CẤP ĐIỆN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
HÌNH TIA

S.

Ch
ứ

Ủ
v

Xác nhận của Chủ tịch Hội Đồng Đánh Giá Luận Văn sau khi Luận văn đã
được sửa chữa.
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 12 tháng 03 năm
2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:
Nam

Hoàng Sơn


Ngày 30 tháng 07 năm

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 01 năm
2016
V- Cán bộ hướng dẫn:
Anh

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
NGÀNH

PGS.TS. Trương Việt

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN


PGS.TS.
Anh

Trương

Việt


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng đề tài Luận văn với nội dung “Xác định vị trí và dung
lượng máy phát phân tán để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân

Em cảm ơn cơ quan nơi công tác và tất cả các anh chị lớp 14SMĐ11 đã hỗ trợ,
giúp đỡ em trong quá trình học tập, lời động viên, chia sẻ những kiến thức và kinh
nghiệm thực tế để em hoàn thành tốt khoá học này.
Đặc biệt, Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đối với PGS.TS.
Trương Việt Anh, người thầy đã hết lòng tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt
những kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm cũng như cung cấp cho em những tài
liệu vô cùng quý giá và thời gian quý báu của Thầy, cùng sự giúp đỡ tận tình từ anh
Nguyễn Thanh Thuận khoá CH088 trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí
Minh. Em đã được anh chia sẻ những kinh nghiệm, kiến thức cốt lõi của vấn đề để
em hoàn thành tốt nội dung đề tài luận văn và là hành trang cho một bước phát triển
mới trên con đường sự nghiệp, trong học tập và nghiên cứu.
Đồng kính gửi lời cảm ơn đến tất cả Quý Thầy Cô trong Hội Đồng Đánh Giá
Luận
Văn đã giành thời gian để xem xét và cho em kết quả đánh giá của bài luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!
2016

Tp. Hồ Chí Minh, 12 tháng 03 năm
Người thực hiện
Hoàng Sơn


3

TÓM TẮT
Do công nghiệp ngày càng phát triển, nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cao,
những kế hoạch mở rộng, nâng cấp mạng điện luôn được triển khai và thực hiện.
Một trong những phương pháp được sử dụng cho việc nâng cấp, mở rộng lưới điện
phân phối là tích hợp nguồn phân tán (DG) vào hệ thống hiện hữu. Có nhiều lợi ích
đạt được bằng cách tích hợp DG trong hệ thống phân phối bao gồm nâng cao độ tin

radial electricity distribution systems with consideration of the variance load
conditions. The objective is minimize the Energy Not Supply (ENS) of the system by
optimizing the DG placement and capacity and keeping the voltage under the limited
range. In the thesis, we studied a radial distribution systems with 21 nodes in fact
used to demonstrate the effectiveness of the proposed method. The simulation results
show that improving the power supply reliabilities in the power distribution systems
is possible and the ENS of the distribution systems is minimal if the DG optimized
and placed in the systems. The system operation status will affect to the DG
optimized location and power.


5

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................................
i

LỜI

CẢM

.......................................................................................................................ii

ƠN
TÓM

TẮT

............................................................................................................................iii
ABSTRACT

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU .............................................
4
1.1. Phân tích, đánh giá một số công trình liên quan đã được nghiên cứu..................... 4
1.1.1. Công trình nghiên cứu “Reliability benefit of Distributed Generation as a
backup source” ..............................................................................................................
4
1.1.2. Công trình nghiên cứu “Tối ưu hoá vị trí đặt và công suất phát của nguồn
phát phân tán trên mô hình lưới điện phân phối 22kV” ..............................................
14
1.1.3. Một số công trình nghiên cứu khác ............................................................... 19
1.2. Những vấn đề cần được nghiên cứu và giải quyết trong luận văn ........................ 19
CHƯƠNG 2. ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN.
............................................................................................................................................. 20
2.1. Tổng quan lưới điện phân phối ............................................................................. 20
2.1.1. Chất lượng lưới phân phối............................................................................. 20
2.1.2. Độ tin cậy lưới phân phối .............................................................................. 21
2.1.3. Thiệt hại ngừng cấp điện ............................................................................... 22
2.2. Độ tin cậy cung cấp điện ....................................................................................... 22
2.2.1. Khái niệm ....................................................................................................... 22
2.2.2. Các chỉ tiêu cơ bản của độ tin cậy................................................................. 22
2.3. Nguồn điện phân tán ............................................................................................. 25


6

2.3.1.

Khái quát chung ............................................................................................. 25



3.3.1.2. Trường hợp 2: Thời gian sửa chữa trên đường dây 12-15, 15-16, 16-17 lớn
hơn 4 lần so với các đường còn lại trong hệ thống. .................................................... 42
3.3.1.3. Trường hợp 3: Cường độ sự cố giống trường hợp 1 và giới hạn DG lớn
nhất.
45
Nhận xét: ...................................................................................................................... 46
3.3.2. Xét bài toán 2: Mạng phân phối hình tia 33 nút tải như hình 3.13. .............. 47
Giá trị ENS của hệ thống khi chưa kết nối DG: .......................................................... 50
Giá trị ENS của hệ thống sau khi kết nối DG, phân tích bằng giải thuật GA: ............ 51
Nhận xét: ...................................................................................................................... 52
3.3.3. Xét trường hợp trạng thái vận hành hệ thống. .............................................. 53
3.3.3.1. Khi hệ thống bị sự cố ngắn mạch. .............................................................. 53
3.3.3.2. Khi hệ thống bị sụt áp. ............................................................................... 53
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN ................................................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 55
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 1


vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
S
T
1
2
3
4
5
6
7

CT
A ần
C
T
AA hK
S hả
A
T
S
A ần
T
SEhT
ANổĐ
E iệ
M
T
A
L ần
L
Đ
Hư
H
T
NệN
S hi


8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3-13: Cường độ sự cố thống kê từ EVN – 33 nút ............................................49
Bảng 3-14: Giá trị ENS tính toán khi không có DG – 33 nút ...................................50
Bảng 3-15: Giá trị ENS tính toán khi lắp đặt DG – 33 nút ......................................51


10

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Hệ thống hình tia đơn giản không phân đoạn tuyến phân phối chính ........ 5
Hình 1.2: Hệ thống hình tia đơn giản với phân đoạn trên tuyến chính .......................
5
Hình 1.3: Vị trí DG tại trạm biến áp A, B cách 0.5 dặm, C cách 0.8 dặm, D cách 1.2
dặm, E cách 1.7 dặm ...................................................................................................
6
Hình 1.4: SAIDI – Độ tin cậy so với khoảng cách ..................................................... 8
Hình 1.5: CAIDI – Độ tin cậy so với khoảng cách .....................................................
8
Hình 1.6: ENS – Độ tin cậy so với khoảng cách ........................................................ 9
Hình 1.7: Kết quả SAIDI cho hai trường hợp (a), (b)................................................. 9
Hình 1.8: Kết quả CAIDI cho hai trường hợp (a), (b) ..............................................10
Hình 1.9: Kết quả ENS cho hai trường hợp (a), (b) ..................................................10
Hình 1.10: Kết quả SAIDI cho hai trường hợp (c), (d).............................................11
Hình 1.11: Kết quả CAIDI cho hai trường hợp (c), (d) ............................................12
Hình 1.12: Kết quả ENS cho hai trường hợp (c), (d) ................................................12
Hình 1.13: Lưới điện phân phối 22kV với 21 nút tải tập trung ................................14
Hình 1.14: Vị trí đặt và công suất tối ưu của 5 nguồn phát ......................................16
Hình 1.15: Dạng điện áp đường dây khi chưa có DG...............................................17
Hình 1.16: Dạng điện áp đường dây khi có DG .......................................................17
Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán di truyền GA cơ bản ....................................................29
Hình 3.2: Lưới điện hình tia minh họa......................................................................30

hơn 35kV, cấu trúc thường là hình tia hoặc hình lưới nhưng vận hành hở, tổn thất
công suất, tổn thất điện năng và độ lệch điện áp tại các nút phụ tải lớn.
- Trong những năm gần đây công nghiệp phát triển, nhu cầu điện năng tăng mạnh,
kết cấu hạ tầng lưới điện nước ta được xây dựng từ lâu, đã xuống cấp và dẫn đến
quá tải. Khi bị sự cố hệ thống điện, hầu hết bị mất điện trên diện rộng gây ảnh
hưởng rất lớn đến nền kinh tế. Việc xây dựng, phát triển thêm các nhà máy phát
điện tập trung luôn đi kèm với việc xây dựng mở rộng lưới điện, đòi hỏi chi phí đầu
tư cao và thời gian dài.
- Các nguồn nhiên liệu hoá thạch như dầu mỏ, than đá, v.v. ngày càng cạn kiệt,
thải ra một lượng khí lớn gây hiệu ứng nhà kính làm ảnh hưởng đến môi trường. Vì
vậy việc tìm kiếm và ứng dụng các nguồn năng lượng thay thế và thân thiện với môi
trường là xu hướng tất yếu và cấp bách.
- Các vấn đề nêu trên là cơ sở cho nghiên cứu ứng dụng mô hình máy phát điện
phân tán. Đây là mô hình máy phát điện quy mô nhỏ, đặt gần hoặc ngay tại điểm
phụ tải như một nguồn dự phòng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất
điện năng, hỗ trợ điện áp nút, giảm chi phí đầu tư nâng cấp hệ thống. Để có thể phát
huy tối đa công dụng của DG trong hệ thống điện cần đặc biệt quan tâm đến vị trí
đặt và dung lượng của DG trong hệ thống.
2. Tính cấp thiết của đề tài
- Tình trạng cạn kiệt nguồn năng lượng đang diễn ra nhanh chóng trong thực tế.
Trong thế kỷ XX và đầu thế kỷ XXI, các nguồn năng lượng cơ bản đáp ứng được
nhu cầu sử dụng nhưng đến năm 2030 Việt Nam sẽ không còn tiềm năng thủy điện
lớn vì đã khai thác hết, trữ lượng than đá cũng đang cạn dần.


2

- Năm 2015 khả năng than đá đáp ứng từ 96% - 100% nhu cầu sử dụng. Năm 2020
chỉ đáp ứng được khoảng 60% và đến năm 2035 tỉ lệ này chỉ còn khoảng 34%.
- Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến

- Mục tiêu tổng quát:


3

 Đề tài nghiên cứu trong vấn đề cải thiện độ tin cậy cung cấp điện của lưới
điện
phân phối hình tia.
- Mục tiêu cụ thể:
 Tối thiểu hoá tổng điện năng ngừng cung cấp bởi hệ thống (ENS), có xét
đến giới hạn công suất DG, điện áp cho phép của hệ thống.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đề tài nghiên cứu độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện phân phối hình tia.
- Phạm vi nghiên cứu: Xác định vị trí và dung lượng máy phát phân tán được gắn
trên lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
5. Phương pháp nghiên cứu
- Ứng dụng thuật toán di truyền để xác định vị trí và dung lượng DG trong hệ
thống điện phân phối.
- Mô phỏng trên chương trình Matlab cho kết quả nghiên cứu và đánh giá.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Nghiên cứu mở ra một hướng mới trong việc ứng dụng thuật toán di truyền trong
bài toán tính toán nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới điện phân phối hình tia.
- Góp phần thúc đẩy sự phát triển, tham gia của các nguồn năng lượng tái tạo và
thuỷ điện nhỏ trong thời kỳ phát triển của thị trường điện cạnh tranh.
- Giảm thiểu chi phí và thời gian cải tạo lại hệ thống và trạm biến áp nguồn.
- Nâng cao độ tin cậy liên tục cung cấp điện trong giờ cao điểm và trong các
trường hợp sự cố hệ thống.
- Thúc đẩy sự phát triển kinh tế, chính trị và vấn đề an ninh mạng.



- Hệ thống gồm 34 phân đoạn, 13 điểm tải trên phân đoạn phân phối chính, 27
điểm trên bộ phân phối nhánh rẽ, có tổng cộng 40 điểm tải.


5

 Đánh giá độ tin cậy trường hợp cơ bản:
- Mạch hình tia không phân đoạn với cầu chỉ bảo vệ trưng bày trong hình 1.1:

Hình 1.1: Hệ thống hình tia đơn giản không phân đoạn tuyến phân phối chính
- Bổ sung dao cắt phân đoạn trên tuyến chính hình 1.2.

Hình 1.2: Hệ thống hình tia đơn giản với phân đoạn trên tuyến chính
- Chỉ tiêu độ tin cậy cho trường hợp cơ bản không có DG được trưng bày trong
bảng 1-2:
Bảng 1-2: Kết quả chỉ tiêu độ tin cậy với phân đoạn và không phân đoạn tuyến
phân phối chính.
CK
N C
ỉ
h
S 1 0 ả
A .3 .1
C
AENS
2. .
( 3
 Các tham số giả thiết được xem xét cho phân tích:
- Trạng thái ngắt mạch, máy biến áp và cầu chì giả định sẵn sàng 100%, tỷ lệ hỏng
hóc DG được giả định 10%.


Bảng 1-3: SAIDI – Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống
VK
ị h
o
A
B
C
D
E

1
5
0.
7
0.
6
0.
6
0.
60.
6

3
0
0.
7
0.
6
0.

1.
7
1.
7
1.
7
1.
7

3
01.
8
1.
6
1.
7
1.
6
1.
6

5
01.
8
1.
6
1.
6
1.
4

10
14
12
1
010
43


8

- Bảng 1-3, 1-4, 1-5 và
hình 1.4, 1.5, 1.6 cho thấy
DG được đặt tại vị trí trạm
biến áp (vị trí A) không cải
thiện được chỉ tiêu độ tin
cậy của hệ thống, bất chấp
dung lượng DG. Tuy nhiên
trường hợp mất điện từ
trạm biến áp chính, DG có
thể được sử dụng để cung
cấp điện cho hệ thống.
- Ý nghĩa cải tiến với chỉ

Hình 1.4: SAIDI – Độ tin cậy so với khoảng cách

tiêu độ tin cậy cũng có
thể được xem xét khi đơn
vị DG đặt xa trạm biến
áp và gần cuối tuyến.
- Kết quả cải thiện chỉ