zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối sử dụng quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Báo xấu

14
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối sử dụng quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp đề xuất mô hình quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP) để lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối. Hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí vòng đời của đường dây, bao gồm vốn đầu tư và chi phí vận hành.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối sử dụng quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp

CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA LỰA CHỌN TỐI ƯU TIẾT DIỆN DÂY DẪN CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI SỬ DỤNG QUY HOẠCH TOÀN PHƯƠNG NGUYÊN THỰC HỖN HỢP USING MIXED-INTEGER QUADRATIC PROGRAMMING MODEL FOR SELECTION OF OPTIMAL CONDUCTOR SIZE IN POWER DISTRIBUTION SYSTEMS 1 2 3 4 Phạm Năng Văn , Đỗ Quang Duy , Dương Duy Long , Nguyễn Tuấn Anh 5 Nguyễn Hoài Nam 1Trường Điện ‒ Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, Tel: 0988266541, E-mail: van.phamnang@hust.edu.vn 2Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Bắc, Tel: 0962431132, E-mail: duydq.a1@nldc.evn.vn 3Trường Điện ‒ Điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Tel:0395956638, E-mail:long.dd181199@sis.hust.edu.vn 4Trường Điện ‒ Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, Tel: 0399716711, E-mail: anh.nt181086@sis.hust.edu.vn 5Trường Điện ‒ Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, Tel: 0397092361; E-mail: nam.nh192237@sis.hust.edu.vn Tóm tắt: Lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn là một trong các nhiệm vụ quan trọng của quy hoạch lưới điện phân phối. Bài toán lựa chọn tiết diện dây dẫn thường được mô hình dưới dạng quy hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (MINLP). Tuy nhiên, mô hình MINLP thường không đảm bảo tìm được nghiệm tối ưu toàn cục. Bài báo này đề xuất mô hình quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP) để lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối. Hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí vòng đời của đường dây, bao gồm vốn đầu tư và chi phí vận hành. Các ràng buộc được xem xét bao gồm hệ phương trình trào lưu công suất, giới hạn nhiệt của đường dây, giới hạn điện áp tại các nút, giới hạn ngân sách đầu tư và đường trục sử dụng cùng tiết diện dây dẫn. Mô hình MIQP được biến đổi từ mô hình MINLP sử dụng phương pháp trào lưu công suất tuyến tính cho lưới phân phối và kỹ thuật tuyến tính hóa chính xác tích của biến nhị phân và biến liên tục. Mô hình MIQP có thể được giải sử dụng các phần mềm thương mại như CPLEX/GAMS. Mô hình MIQP đề xuất được đánh giá sử dụng lưới điện 102 nút huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang, Việt Nam, năm 2021. Các kết quả tính toán cho thấy sự chính xác và hiệu quả của phương pháp đề xuất. Ngoài ra, tiết diện dây dẫn sử dụng mô hình tối ưu đề xuất có hiệu quả kinh tế tốt hơn so với tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo phương pháp đang được áp dụng ở Việt Nam. Từ khóa: Lưới điện phân phối; Lựa chọn tiết diện dây dẫn; Chi phí vòng đời (LCC); Quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP). Abstract: Optimal selection of conductor size is one of the crucial subproblems of the distribution system planning process. The problem of conductor size selection is often modelled as a Mixed-Integer Nonlinear Programming (MINLP). However, the MINLP model often does not guarantee convergence to a globally optimal solution. This paper proposes a Mixed-Integer Quadratic Programming (MIQP) model as a way of selecting the cross-sectional area of the conductor in distribution grids optimally. The 343
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 objective function is to minimize the life cycle cost of lines which encompasses both capital investment and operating costs. Constraints in the proposed optimization model consist of power flow equations, thermal loading limit, voltage magnitude bounds, investment budget limit, and the same conductor size for the main feeder. The MIQP model is transformed from the MINLP model by deploying the linear power flow method for distribution grids and exact linearization of the product of binary and continuous variables. The MIQP model can be solved using commercial software such as CPLEX/GAMS. The developed MIQP model is validated using a real distribution grid of 102 buses in Luc Ngan district, Bac Giang province, Vietnam, in 2021. The calculation results reveal the accuracy and efficiency of the optimization methodology proposed. In addition, from a life cycle cost perspective, the proposed technique’s conductor size is more economical than that derived from the current method in Vietnam. Keywords: Power Distribution Systems; Conductor Size Selection; Life Cycle Cost (LCC); Mixed-Integer Quadratic Programming (MIQP). KÝ HIỆU Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa avhD Hệ số vận hành của đường dây, avhD  0,07 mij Số mạch của đường dây r Hệ số chiết khấu, r = 7% LsF Hệ số tổn thất, LsF = 0,4 cΔA $/MWh Giá tiền 1 MWh điện năng tổn thất, cΔA  75 $/MWh N năm Tuổi thọ của đường dây, N = 20 năm t năm Chỉ số thời gian N Tập các nút của lưới điện phân phối L Tập các nhánh của lưới điện S Tập các tiết diện dây dẫn được sử dụng i Tập các nút được kết nối trực tiếp với nút i T Tập các đường dây thuộc trục chính của lưới điện phân phối Pij ,k , Qij ,k pu Công suất tác dụng và phản kháng trên nhánh ij ứng với tiết diện k Pij , Qij pu Công suất tác dụng và phản kháng trên nhánh ij ˆ ˆ Pij , Qij pu Công suất tác dụng và phản kháng trên nhánh ij theo mô hình MD K 0,k $/km Suất vốn đầu tư tương ứng với tiết diện loại k zij ,k Biến nhị phân, zij ,k  1 khi đường dây ij sử dụng tiết diện loại k; 344
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA ngược lại zij ,k  0 Lij km Chiều dài của đường dây ij R0,k pu/km Điện trở đơn vị tương ứng với tiết diện loại k X 0,k pu/km Điện kháng đơn vị tương ứng với tiết diện loại k Scb MVA Công suất cơ bản, Scb = 100 MVA PDi , QDi pu Công suất tác dụng và phản kháng của phụ tải tại nút i PGi , QGi pu Công suất tác dụng và phản kháng của nguồn điện tại nút i ˆ ˆ Pi , Qi pu Công suất tác dụng và phản kháng tại nút i theo mô hình MD QCi pu Công suất phản kháng của tụ bù ngang tại nút i I cp,k pu Dòng điện cho phép tương ứng với tiết diện loại k U imin pu Giới hạn dưới của điện áp nút i, U imin  0,95 U imax pu Giới hạn trên của điện áp nút i, Uimax  1,05 Ui pu Mô-đun điện áp tại nút i Wi pu Biến phụ, Wi  1/ U i N T Tổng số đường dây thuộc trục chính zk Biến nhị phân để biểu diễn toàn đường trục sử dụng cùng tiết diện K $ Ngân sách đầu tư pij ,k , qij ,k , Các biến phụ liên quan đến tuyến tính hóa tích của biến nhị phân bij ,k , cij ,k và biến liên tục CHỮ VIẾT TẮT MINLP Quy hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp MIQP Quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp MILP Quy hoạch tuyến tính nguyên thực hỗn hợp LCC Chi phí vòng đời MD Trào lưu công suất cải biên cho lưới điện phân phối LPP Lưới điện phân phối DG Nguồn điện phân tán 1. GIỚI THIỆU 345
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Quy hoạch lưới điện phân phối (LPP) là một trong các chủ đề nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Lưới điện phân phối thường được vận hành với cấu trúc hình tia để đơn giản hóa phương thức bảo vệ và quy trình vận hành. Do điện áp định mức của LPP thấp nên tổn thất công suất trên lưới điện này chiếm một tỷ lệ lớn trong tổng tổn thất công suất của toàn hệ thống điện. Do đó, quy hoạch LPP một cách chính xác và hiệu quả giúp giảm tổn thất công suất trong lưới điện. Quy hoạch LPP là một bài toán tối ưu phức tạp, trong đó hàm mục tiêu là cực tiểu tổng chi phí, đồng thời có xét đến các ràng buộc vận hành, độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng. Quy hoạch LPP bao gồm nhiều bài toán con và một trong các bài toán là lựa chọn tiết diện dây dẫn. Bài toán lựa chọn tiết diện đã được nghiên cứu trong một số bài báo. Nghiên cứu [1] mô tả phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn của lưới phân phối để cực tiểu tổng vốn đầu tư và chi phí vận hành của đường dây. Bài báo [2] trình bày thủ tục lựa chọn tiết diện dây sử dụng tính toán trào lưu công suất để giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện áp. Phương pháp đơn giản để lựa chọn tiết diện của cáp dưới 1000 V để cực tiểu sự lão hóa nhiệt của cách điện cáp được mô tả trong [3]. Tuy nhiên, các nghiên cứu [1]-[3] không mô tả bài toán lựa chọn tiết diện dây dưới dạng mô hình quy hoạch tối ưu, do đó, lời giải tìm được có thể không phải là nghiệm tối ưu toàn cục. Các tác giả trong [4] đã đề xuất mô hình quy hoạch tuyến tính nguyên thực hỗn hợp (MILP) để chọn tiết diện dây khi xây mới và cải tạo các đường dây. Mô hình MILP trong nghiên cứu [4] được phát triển từ mô hình quy hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (MINLP) sử dụng kỹ thuật tuyến tính hóa từng đoạn. Bài báo [5] trình bày phương pháp mật độ dòng điện kinh tế và kỹ thuật heuristic để lựa chọn tiết diện dây. Phương pháp chọn tiết diện dây [5] không đòi hỏi kỹ thuật tối ưu phức tạp và dễ thực hiện; tuy nhiên, nghiệm tối ưu toàn cục có thể không đạt được. Kỹ thuật tính toán thông minh NSIHSA-II được đề xuất trong [6] để tìm nghiệm của bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu trong quy hoạch lưới điện phân phối có xét nguồn điện phân tán (DG). Bài báo [7] trình bày thuật toán tối ưu dựa trên tính toán thông minh SSO để lựa chọn tối ưu tiết diện dây của lưới điện Ai Cập khi xây mới và cải tạo lưới điện có xét đến sự tăng cường mức độ thâm nhập của nguồn DG. Trong nghiên cứu [7], chỉ số cải tạo lưới điện FRI được đề xuất để lựa chọn nhánh cần cải tạo, do đó, giúp làm giảm không gian tìm nghiệm và tăng tốc độ tính toán. Nghiên cứu [8] xây dựng mô hình MINLP của bài toán tối ưu hóa đồng thời tiết diện dây và tụ bù ngang. Mô hình tối ưu này có xét đặc tính động của phụ tải; đồng thời, chi phí và vị trí của tụ bù ngang được biểu diễn chính xác bởi biến nguyên. Tuy nhiên, tác giả của nghiên cứu [8] đã giải trực tiếp mô hình MINLP, do đó, bài toán tối ưu này khó tìm nghiệm và lời giải tối ưu toàn cục khó đạt được. Tương tự, các tác giả trong [9] đề xuất mô hình MINLP và sử dụng bộ giải phi tuyến DICOPT với ngôn ngữ lập trình GAMS để lựa chọn tiết diện dây dẫn. Phương pháp tính toán Harmony Search Algorithm with a Different Operator (meta-heuristic optimization) được đề xuất trong 346
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA [10] để lựa chọn tiết diện dây dẫn. Tại Việt Nam, tiết diện dây dẫn của lưới điện trung áp trên không thường được chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép và toàn bộ đường trục sử dụng cùng tiết diện [11]. Phương pháp thực hiện này đơn giản nhưng chưa xét được đồng thời các yếu tố kinh tế như vốn đầu tư, chi phí bảo dưỡng và chi phí cho tổn thất điện năng. Từ các bài báo [1]-[10] và thực tế tại Việt Nam, ta thấy rằng bài toán lựa chọn tiết diện dây dẫn của LPP chủ yếu được giải sử dụng các kỹ thuật tối ưu heuristic, meta-heuristic và MINLP. Nhược điểm chính của các kỹ thuật tối ưu này là không đảm bảo tìm được nghiệm tối ưu toàn cục. Do đó, bài báo này có mục đích xây dựng mô hình quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP) cho bài toán lựa chọn tiết diện dây dẫn. Mô hình MIQP được phát triển từ mô hình MINLP đề xuất trên cơ sở khai thác mô hình trào lưu công suất cải biên cho LPP (MD) [12] và kỹ thuật tuyến tính hóa chính xác tích của biến nhị phân và biến liên tục. Mô hình MIQP này đảm bảo đạt được nghiệm tối ưu toàn cục và có thể được giải sử dụng các bộ giải thương mại như CPLEX với ngôn ngữ lập trình GAMS. Chúng tôi tin tưởng rằng bài báo này là nghiên cứu đầu tiên trong việc áp dụng mô hình MD để xây dựng mô hình MIQP cho bài toán lựa chọn tiết diện dây dẫn của LPP. Các đóng góp chính của nghiên cứu này bao gồm:  Đề xuất mô hình MINLP cho bài toán lựa chọn tiết diện dây dẫn của LPP, trong đó hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí vòng đời của đường dây (LCC) và các ràng buộc bao gồm hệ phương trình trào lưu công suất, giới hạn mô-đun điện áp nút, giới hạn nhiệt của đường dây và toàn bộ đường trục sử dụng cùng tiết diện dây.  Xây dựng mô hình MIQP từ mô hình MINLP dựa trên phương pháp trào lưu công suất MD và kỹ thuật tuyến tính hóa chính xác tích của biến nhị phân và biến liên tục.  Áp dụng mô hình MIQP để lựa chọn tiết diện dây dẫn cho xuất tuyến 374 của lưới điện huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang năm 2021. Bài báo có cấu trúc gồm bốn phần. Phần 2 trình bày về cơ sở lý thuyết của bài toán lựa chọn tiết diện dây dẫn sử dụng mô hình quy hoạch toán học. Phần 3 mô tả về kết quả nghiên cứu và thảo luận với xuất tuyến 374 lưới điện huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang. Những kết luận và khuyến nghị được đưa ra trong phần 4. 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Phần này đề xuất mô hình quy hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (MINLP) và mô hình quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP) để lựa chọn tiết diện dây dẫn tối ưu cho lưới điện phân phối. 2.1. Mô hình quy hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp 347
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 Mô hình quy hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (MINLP) của bài toán lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn được mô tả như sau: min LCC   K ij L kS 0, k  zij ,k  Lij      avhD     K 0,k  zij ,k  Lij   (1) N   ijL kS   1     zij ,k Pij ,k    zij ,k Qij ,k   S  LsF  8760  c  1  r  2 2 t t 1      R0,k  Lij  ΔA  mij  U i2 cb  ijL kS  thỏa mãn các ràng buộc:  P    Qhi  2 2 Phi   ji , j  h Pij  R kS 0, k  Lhi  hi mhi  U h 2  Pi ; i  N (1)  P    Qhi  2 2 Qhi   ji , j  h Qij  X kS 0, k  Lhi  hi mhi  U h2  Qi ; i  N (2) Pi   PDi  PGi ; i  N (3) Qi  QDi  QGi  QCi ; i  N (4) Lij  zij ,k Pij ,k zij ,k Qij ,k  Ui  U j   R 0, k  X 0,k ; ij  L (5) mij k S  Ui Ui  Pij  z kS P ; ij   L ij , k ij , k (6) Qij  z kS ij , k Qij ,k ; ij   L Pij2  Qij 2 I  2 ij U 2  m kS ij  I cp,k  zij ,k ; ij  L 2 (7) i Uimin  Ui  Uimax ; i  N (8)  ijT zij ,k  NT zk ; k S (9) z kS ij , k  1; ij  L (10) 348
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA  K ij L k S 0, k  zij ,k  Lij  K (11) zij ,k  0,1 ; ij  L ; k S (12) zk  0,1 ; k S Hàm mục tiêu Error! Reference source not found. cực tiểu tổng chi phí vòng đời của đường dây. Chi phí vòng đời của đường dây bao gồm tổng vốn đầu tư, chi phí bảo dưỡng và chi phí cho tổn thất điện năng. Biểu thức (1)-(2) trình bày hệ phương trình trào lưu công suất sử dụng phương pháp cộng công suất. Công suất nút được tính toán sử dụng (3) và (4). Phương trình (5) biểu diễn tổn thất điện áp trên đường dây. Biểu thức (6) được sử dụng để tính toán dòng công suất trên nhánh ij với các tiết diện dây dẫn khác nhau. Giới hạn nhiệt của đường dây được mô tả theo (7). Biểu thức (8) trình bày giới hạn mô-đun điện áp tại các nút. Ràng buộc toàn đường trục chỉ sử dụng một loại tiết diện dây dẫn được mô tả bởi (9). Ràng buộc (10) mô tả rằng mỗi đường dây chỉ sử dụng một loại tiết diện dây dẫn. Giới hạn ngân sách đầu tư được biểu diễn theo (11). Ràng buộc (12) khai báo các biến nhị phân. 2.3. Mô hình tối ưu sử dụng trào lưu công suất tuyến tính lưới phân phối Phần này áp dụng mô hình trào lưu công suất cải biên cho lưới điện phân phối (MD) [12] để xây dựng mô hình tối ưu toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP) của bài toán Error! Reference source not found.-(12). Mô hình trào lưu công suất cải biên cho lưới điện phân phối có dạng tuyến tính. Theo phương pháp MD, công suất nút, dòng công suất nhánh và điện áp các nút được biểu diễn bởi các biến như sau: ˆ P ˆ Q ˆ Pij ˆ Qij 1 Pi  i ; Qi  i ; Pij  ; Qij  ; Wi   2  U i (13) Ui Ui Ui Ui Ui Hàm mục tiêu Error! Reference source not found. và các ràng buộc (1)-(12) được viết lại như sau: 349
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 min LCC   K ij L kS 0, k  zij ,k  Lij      avhD     K 0,k  zij ,k  Lij   N   ijL kS   (14) 1         1  r  2 2 t 1  ˆ ˆ zij ,k Pij ,k  zij ,k Qij ,k t     R0,k  Lij   Scb  LsF  8760  cΔA   ijL kS  mij   thỏa mãn các ràng buộc: ˆ Phi   ji , j  h ˆ ˆ Pij  Pi ; i  N (15) ˆ Qhi   ji , j  h ˆ ˆ Qij  Qi ; i  N (16) ˆ Pi  Wi PDi  Wi PGi ; i  N (17) U i  2  Wi ; i  N ˆ Qi  WiQDi  WiQGi  WiQCi ; i  N (18)  R  Lij ˆ ˆ W j  Wi  z P  X 0,k zij ,k Pij ,k ; ij  L 0, k ij , k ij , k (19) mij k S ˆ Pij  z kS ˆ P ; ij   L ij , k ij , k (20) ˆ Qij   kS ˆ zij ,k Qij ,k ; ij   L ˆ ˆ2 Pij2  Qij  m kS ij  I cp,k  zij ,k ; ij  L 2 (21)  ijT zij ,k  NT zk ; k S (22) z kS ij , k  1; ij  L (23)  K ij L k S 0, k  zij ,k  Lij  K (24) zij ,k  0,1 ; ij  L ; k S (25) zk  0,1 ; k S 350
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA 2.3. Kỹ thuật tuyến tính hóa tích của biến nhị phân và biến liên tục Mô hình tối ưu trình bày trong mục 2.2 vẫn có dạng phi tuyến do hàm mục tiêu (14) và ràng buộc (20) là tích của biến nhị phân và biến liên tục. Phần này mô tả kỹ thuật tuyến tính hóa chính xác tích của biến nhị phân và biến liên tục. Theo phương pháp được trình bày trong [13], ta đặt: ˆ ˆ pij ,k  zij ,k  Pij ,k ; qij ,k  zij ,k  Qij ,k (26) khi đó, 0 khi zij ,k  0   0 khi zij ,k  0 pij ,k   và qij ,k   (27) ˆ ˆ  Pij ,k khi zij ,k  1  Qij ,k khi zij ,k  1  Phương pháp tuyến tính pij ,k , qij ,k được mô tả từ (28)  (33). ˆ pij ,k  Pij ,k  bij ,k ; ij L , k S (28) M  zij ,k  pij ,k  M  zij ,k ; ij L , k S (29) M 1  zij ,k   bij ,k  M 1  zij ,k  ; ij L , k S (30) ˆ qij ,k  Qij ,k  cij ,k ; ij L , k S (31) M  zij ,k  qij ,k  M  zij ,k ; ij L , k S (32) M 1  zij ,k   cij ,k  M 1  zij ,k  ; ij L , k S (33) trong đó, M là hằng số dương đủ lớn và được lấy bằng 10. 2.4. Mô hình quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp Dựa trên mô hình trào lưu công suất tuyến tính ở mục 2.2 và kỹ thuật tuyến tính hóa tích của biến nhị phân và biến liên tục, ta có mô hình quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP) như sau: min LCC   K ij L kS 0, k  zij ,k  Lij      avhD     K 0,k  zij ,k  Lij   (34) N   ijL kS   1    pij ,k  qij ,k  1  r  2 2 t t 1   ijL kS 0,k ij R L   Scb  LsF  8760  cΔA mij      351
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 thỏa mãn các ràng buộc: ˆ Phi   ji , j  h ˆ ˆ Pij  Pi ; i  N (35) ˆ Qhi   ji , j  h ˆ ˆ Qij  Qi ; i  N (36) ˆ Pi  Wi PDi  Wi PGi ; i  N (37) U i  2  Wi ; i  N ˆ Qi  WiQDi  WiQGi  WiQCi ; i  N (38)  R pij ,k  X 0,k qij ,k ; ij  L Lij W j  Wi  0, k (39) mij kS ˆ Pij  p kS ij , k ; ij   L (40) ˆ Qij   qij ,k ; ij   L kS ˆ pij ,k  Pij ,k  bij ,k ; ij L , k S (41) M  zij ,k  pij ,k  M  zij ,k ; ij L , k S (42) M 1  zij ,k   bij ,k  M 1  zij ,k  ; ij L , k S (43) ˆ qij ,k  Qij ,k  cij ,k ; ij L , k S (44) M  zij ,k  qij ,k  M  zij ,k ; ij L , k S (45) M 1  zij ,k   cij ,k  M 1  zij ,k  ; ij L , k S (46) ˆ ˆ2 Pij2  Qij  m kS ij  I cp,k  zij ,k ; ij  L 2 (47) 2  Uimax  Wi  2  Uimin ; i  N (48)  ijT zij ,k  NT zk ; k S (49) z kS ij , k  1; ij  L (50) 352
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA  K ijL kS 0, k  zij ,k  Lij  K (51) zij ,k  0,1 ; ij  L ; k S (52) zk  0,1 ; k S 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Mục này áp dụng mô hình MIQP được đề xuất ở mục 2 để lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của xuất tuyến trên không 374 của lưới điện huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang năm 2021. Sơ đồ lưới điện với 102 nút và 101 nhánh đường dây (đường trục của xuất tuyến được vẽ màu đỏ) được mô tả ở Hình 1. Điện áp định mức của lưới điện bằng 35 kV. Tổng công suất phụ tải là 13,219 + j6,401 MVA. Hình 1. Sơ đồ xuất tuyến 374 huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang Dữ liệu kinh tế ‒ kỹ thuật của các kiểu tiết diện dây dẫn sử dụng được mô tả ở Bảng 1. Bảng 1. Thông số của các loại tiết diện dây dẫn Loại dây Kiểu r0 (Ω/km) x0 (Ω/km) Icp (A) K0 ($/km) ACSR-70 1 0,4223 0,377 273 16403 ACSR-95 2 0,3014 0,366 338 20777 ACSR-120 3 0,2540 0,358 382 36086 ACSR-150 4 0,2073 0,351 438 44834 Mô hình MIQP được lập trình với ngôn ngữ GAMS và được giải sử dụng bộ giải thương mại CPLEX [14]. Mô hình MIQP được tính toán sử dụng máy tính Intel Core 353
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 i5-8250U 1,6-GHz và 8 GB RAM. Thời gian tính toán cho lưới điện 102 nút là 4,64 s. Kết quả tính toán như sau:  Đường trục của xuất tuyến có 32 đường dây sử dụng cùng loại dây ACSR-95.  Tất cả các đường dây nhánh (có 69 nhánh) sử dụng cùng loại dây ACSR-70.  Chi phí vòng đời (LCC) là 2.763.038,89 $.  Tổng vốn đầu tư là 1.120.529,81 $.  Tổng tổn thất công suất của lưới điện là 291,492 kW (xấp xỉ 2,21% tổng công suất của phụ tải). Tiếp theo, tiết diện dây dẫn của lưới điện ở Hình 1 được lựa chọn sử dụng theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép và toàn bộ đường trục sử dụng cùng tiết diện dây dẫn (phương pháp truyền thống). Theo phương pháp này, tất cả các nhánh của toàn bộ lưới điện sử dụng loại dây ACSR-70. Với tiết diện dây dẫn này, ta có các kết quả tính toán như sau:  Chi phí vòng đời (LCC) là 2.913.634,466 $.  Tổng vốn đầu tư là 1.026.663,77 $.  Tổng tổn thất công suất của lưới điện là 404,301 kW (xấp xỉ 3,06% tổng công suất của phụ tải). Như vậy, chi phí vòng đời khi tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo phương pháp đề xuất nhỏ hơn khoảng 5,5% so với phương pháp truyền thống. Điện áp tại các nút của lưới điện khi tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo phương pháp đề xuất và phương pháp truyền thống được mô tả trên Hình 2. Hình 2. So sánh phân bố điện áp trên lưới điện 354
CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA 4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 4.1. Kết luận Bài báo đề xuất mô hình MIQP để lựa chọn tiết diện dây dẫn cho lưới điện phân phối. Mô hình tối ưu này đảm bảo cực tiểu chi phí vòng đời của đường dây, đồng thời thỏa mãn hệ phương trình trào lưu công suất, ràng buộc giới hạn điện áp và ràng buộc giới hạn nhiệt v.v.. Nghiệm tối ưu toàn cục của mô hình MIQP có thể tìm được bằng cách sử dụng các bộ giải thương mại. Lưới điện 102 nút huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang, Việt Nam, năm 2021 được áp dụng để đánh giá mô hình MIQP đề xuất. Các kết quả tính toán cho thấy tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo mô hình tối ưu đề xuất có chi phí vòng đời nhỏ hơn 5,5% so với tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo phương pháp truyền thống. 4.2. Khuyến nghị Phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn đề xuất có các ưu điểm như dễ thực hiện, xét được nhiều yếu tố kinh tế và các ràng buộc kỹ thuật của lưới điện. Đồng thời, phương pháp đề xuất đem lại lợi ích kinh tế tốt hơn so với phương pháp truyền thống. Mặc dù ví dụ áp dụng tính toán là đường dây trên không trung áp, phương pháp đề xuất hoàn toàn có thể áp dụng cho cả đường dây cáp ngầm và các đường dây cao áp. Do đó, phương pháp đề xuất nên được sử dụng để lựa chọn tiết diện dây dẫn trong thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S. Mandal and A. Pahwa, 2002. Optimal Selection of Conductors for Distribution Feeders. IEEE Trans. Power Syst., 17/1, 192-197. [2] H. Ali, S. Ullah, I. Sami, N. Ahmad, and F. Khan, 2018. Economic Loss Minimization of a Distribution Feeder and Selection of Optimum Conductor for Voltage Profile Improvement. International Conference on Power Generation Systems and Renewable Energy Technologies (PGSRET), Islamabad, Pakistan, 1–6. [3] B. R. Meier and B. Chowdhury, 2019. A Simple Approach to Conductor Sizing and Prolonging the Thermal Life of Electrical Cables Below 1000 V for Industrial and Commercial Applications. IEEE Trans. Ind. Appl., 55/5, 4507–4514. [4] J. F. Franco, M. J. Rider, M. Lavorato, and R. Romero, 2013. Optimal Conductor Size Selection and Reconductoring in Radial Distribution Systems Using a Mixed-Integer LP Approach. IEEE Trans. Power Syst., 28/1, 10–20. [5] Zhuding Wang, Haijun Liu, D. C. Yu, Xiaohui Wang, and Hongquan Song, 2000. A practical approach to the conductor size selection in planning radial distribution systems,” IEEE Trans. Power Deliv., 15/1, 350–354. [6] A. Rastgou, S. Bahramara, and J. Moshtagh, 2018. Flexible and robust distribution network expansion planning in the presence of distributed generators. Int. Trans. Electr. Energy Syst., 355
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 28/12, e2637. [7] Sherif M. Ismael, Shady H. E. Abdel Aleem, Almoataz Y. Abdelaziz, Ain Shams University, Cairo, EG, Ahmed Faheem Zobaa, and Ain Shams University, Cairo, EG, 2018. Practical Considerations for Optimal Conductor Reinforcement and Hosting Capacity Enhancement in Radial Distribution Systems. IEEE Access, 6, 27268–27277. [8] M. A. Farrag, A. H. Khalil, and S. Omran, 2020. Optimal conductor selection and capacitor placement in radial distribution system using nonlinear AC load flow equations and dynamic load model. Int. Trans. Electr. Energy Syst., 30, 1-19. [9] O. D. Montoya, A. Garces, and C. A. Castro, 2018. Optimal Conductor Size Selection in Radial Distribution Networks Using a Mixed-Integer Non-Linear Programming Formulation. IEEE Lat. Am. Trans., 16/8, 2213–2220. [10] Rayapudi Srinivasa Rao, K. Satish and S. V. L. Narasimham, 2012. Optimal Conductor Size Selection in Distribution Systems Using the Harmony Search Algorithm with a Differential Operator. Electric Power Components and Systems, 40, 41–56. [11] Phạm Năng Văn (Chủ biên), Lê Thị Minh Châu và Đỗ Quang Duy, 2021. Mô hình hóa và phân tích lưới điện. Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, Hà Nội. [12] T. Yang, Y. Guo, L. Deng, H. Sun, and W. Wu, 2021. A Linear branch flow model for radial distribution networks and its application to reactive power optimization and network reconfiguration. IEEE Trans. Smart Grid, 12/3, 2027–2036. [13] X. Wu, A. J. Conejo, and S. Mathew, 2021. Optimal siting of batteries in distribution systems to enhance reliability. IEEE Trans. Power Deliv., 36/5, 3118–3127. [14] GAMS. Available: https://www.gams.com/. Accessed August 2022. 356

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.