Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: 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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:76

Thêm vào BST

Báo xấu

27
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu trong vấn đề cải thiện độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối hình tia. 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: 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

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 LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH TP. Hồ Chí Minh, tháng 03 năm 2016
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. DƯƠNG HOÀI NGHĨA Cán Bộ chấm nhận xét 2: TS. ĐẶNG XUÂN KIÊN Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 12 tháng 03 năm 2016 Thành phần Hội Đồng Đánh Giá Luận văn Thạc Sĩ gồm: TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch 2 PGS.TS. Dương Hoài Nghĩa Phản biện 1 3 TS. Đặng Xuân Kiên Phản biện 2 4 PGS.TS. Lê Minh Phương Ủy viên 5 TS. Võ Hoàng Duy Ủy viên, Thư ký 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 NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 12 tháng 03 năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hoàng Sơn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/10/1987 Nơi sinh: Kiên Giang Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1441830022 I- Tên đề tài: 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. II- Nhiệm vụ và nội dung: Sử dụng giải thuật tiến hoá (thuật toán di truyền) để 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. III- Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 07 năm 2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 30 tháng 01 năm 2016 V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Trương Việt Anh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS. Trương Việt Anh
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 phối hình tia” là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Trương Việt Anh. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác, theo tôi được biết. 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 (Ký và ghi rõ họ tên) Hoàng Sơn
ii LỜI CẢM ƠN Để có được một kết quả tốt, ngoài những cố gắng từ bản thân thì cơ hội được tham gia, điều kiện được trải nghiệm và sự hỗ trợ, giúp đỡ từ một tổ chức, cá nhân khác là rất cần thiết và không thể thiếu. Liên hệ với bản thân trong quá trình học tập và công tác luận văn em có đôi lời cảm ơn chân thành: Đầu tiên em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu Trường ĐH. Công Nghệ Tp.HCM đã cho em cơ hội được tham gia khoá học Cao học 2014 tại trường với những điều kiện, thời gian và trang thiết bị học tập hiện đại. Em xin gửi lời cảm ơn đến Phòng Quản Lý Khoa Học và Đào Tạo Sau Đại Học đã tạo điều kiện và hỗ trợ em trong suốt quá trình học tập cũng như công tác luận văn. Em cũng xin chân thành cảm ơn toàn thể Quý Thầy Cô trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM nói chung và Quý Thầy Cô Khoa Hệ Thống Điện nói riêng đã truyền đạt những kiến thức bổ ích cho em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường. 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! Tp. Hồ Chí Minh, 12 tháng 03 năm 2016 Người thực hiện Hoàng Sơn
iii 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 cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng và cải thiện độ dốc điện áp v.v. Những lợi ích đó có thể đạt được và nâng cao nếu kích thước và vị trí của DG là tối ưu trong hệ thống. Luận văn này đề xuất phương pháp sử dụng thuật toán di truyền (GA) để xác định vị trí đặt và dung lượng DG tối ưu để cải thiện độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống điện phân phối hình tia có xem xét đến điều kiện tải thay đổi. Mục tiêu là để giảm thiểu tổng điện năng không được cung cấp bởi hệ thống (ENS) bằng cách tối ưu vị trí đặt DG trong hệ thống, dung lượng DG tối ưu có thể phân bố và vẫn giữ các cấu hình điện áp trong mạng trong giới hạn quy định. Trong luận văn, nghiên cứu một hệ thống phân phối hình tia thực tế 21 nút tải để chứng minh tính hiệu quả của phương pháp được đề xuất. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong hệ thống điện phân phối là có thể và tổng điện năng không được cung cấp bởi hệ thống ENS là tối thiểu nếu DG được tối ưu được đặt trong hệ thống. Trạng thái vận hành hệ thống thay đổi sẽ ảnh hưởng đến tính tối ưu của vị trí đặt và dung lượng DG.
iv ABSTRACT Due to the growing of industries and energy demand is increasing, the expansion and upgrading of electricity networks are deployed and implemented. One of the methods used for the upgrading and expansion of power distribution networks are integrated Distributed Generation (DG) into the existing systems. There are many achieved benefits by integrating the DG in distribution power systems such as improving the reliabilities, reducing power losses and improving voltage profile etc,. The benefits that can be achieved and enhanced if the DC size and placement optimized in the systems. This thesis proposed method that using a Genetic Algorithm (GA) to determine the DG optimum placement and capacity to improve power supply reliabilities of 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.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... ii TÓM TẮT ............................................................................................................................iii ABSTRACT ......................................................................................................................... iv MỤC LỤC ............................................................................................................................. v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ........................................ x PHẦN MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ................................................................................................................... 1 2. Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................. 1 3. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................................... 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 3 5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................ 3 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................................... 3 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 2.3.1. Khái quát chung ............................................................................................. 25
vi 2.3.2. Các loại nguồn phân tán ................................................................................ 25 2.3.3. Đặc tính công suất của nguồn điện phân tán ................................................ 26 2.3.4. Ảnh hưởng của nguồn phân tán đến sự vận hành lưới điện phân phối ......... 26 CHƯƠNG 3. XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG MÁY PHÁT PHÂN TÁN TRÊN MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN. ............................................................................................................................................. 28 3.1. Thuật toán di truyền GA ....................................................................................... 28 3.1.1. Tổng quan về thuật toán GA .......................................................................... 28 3.1.2. Các tính chất của thuật toán GA ................................................................... 28 3.1.3. Các bước cơ bản của thuật toán GA.............................................................. 29 3.2. Xây dựng hàm mục tiêu ........................................................................................ 30 3.2.1. Bài toán minh hoạ xác định hàm mục tiêu..................................................... 30 3.2.2. Hàm mục tiêu ................................................................................................. 31 3.2.3. Xây dựng phương pháp tính toán hàm mục tiêu ............................................ 33 3.2.4. Giải bài toán ví dụ minh họa hình 3.2 kiểm tra hàm mục tiêu ...................... 34 3.2.5. Lưu đồ GA trong nghiên cứu ......................................................................... 36 3.3. Bài toán ví dụ kiểm tra giải thuật. ......................................................................... 37 3.3.1. Xét bài toán 1: Mạng phân phối hình tia 22kV gồm 21 nút tải như hình 3.6.37 3.3.1.1. Trường hợp 1: Thời gian sửa chữa trên tất cả đường dây trong hệ thống bằng nhau. ................................................................................................................... 38 Giá trị ENS của hệ thống khi chưa kết nối DG ........................................................... 39 Giá trị ENS của hệ thống sau khi kết nối DG, phân tích bằng giải thuật GA. ............ 40 Nhận xét. ...................................................................................................................... 41 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 Chữ STT Ý nghĩa Chú thích viết tắt 1 DG Máy phát phân tán 2 GA Giải thuật di truyền 3 MTBF Thời gian trung bình giữa hỏng hóc 4 MTTR Thời gian sửa chữa trung bình 5 SAIFI Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ 6 SAIDI thống 7 CAIFI Tần suất mất điện trung bình của khách hàng 8 CAIDI Thời gian mất điện trung bình của khách hàng 9 ASAI Khả năng sẵn sàng vận hành 10 ASIFI Tần số mất điện hệ thống trung bình 11 ASIDI Thời gian mất điện hệ thống trung bình 12 ENS Tổng điện năng không được cung cấp bởi hệ thống 13 AENS Điện năng trung bình không được cung cấp 14 MAIFI Tần suất trung bình của mất điện thoáng qua 15 LĐPP Lưới điện phân phối 16 HTĐ Hệ thống điện 17 NST Nhiễm sắc thể
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1: Công suất tải của phát tuyến. .................................................................... 4 Bảng 1-2: Kết quả chỉ tiêu độ tin cậy với phân đoạn và không phân đoạn tuyến phân phối chính. .......................................................................................................... 5 Bảng 1-3: SAIDI – Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống ............ 7 Bảng 1-4: CAIDI – Thời gian mất điện trung bình của khách hàng .......................... 7 Bảng 1-5: ENS – Tổng điện năng không được cung cấp bởi hệ thống ....................... 7 Bảng 1-6: Kết quả cải thiện chỉ tiêu độ tin cậy .......................................................... 9 Bảng 1-7: Thông số kỹ thuật lưới điện phân phối 22kV ........................................... 15 Bảng 1-8: Kết quả tính toán vị trí và công suất phát tối ưu ..................................... 16 Bảng 1-9: So sánh tổn thất công suất tác dụng trên đường dây ở chế độ vận hành bình thường khi chưa có DG và khi có DG............................................................... 18 Bảng 3-1: Giá trị ENS tính toán khi không có DG ................................................... 34 Bảng 3-2: Giá trị ENS tính toán khi có DG đặt tại nút 8 ......................................... 35 Bảng 3-3: Giá trị ENS tính toán khi có DG đặt tại nút 7 ......................................... 35 Bảng 3-4: Kết quả giá trị ENS trong các trường hợp............................................... 36 Bảng 3-5: Thông số kỹ thuật lưới điện phân phối 22kV ........................................... 37 Bảng 3-6: Cường độ sự cố thống kê từ EVN – Th1: ................................................. 38 Bảng 3-7: Giá trị ENS tính toán khi không có DG ................................................... 39 Bảng 3-8: Giá trị ENS tính toán khi lắp đặt DG ...................................................... 40 Bảng 3-9: Cường độ sự cố thống kê từ EVN – Th2: ................................................. 42 Bảng 3-10: Giá trị ENS tính toán trước và sau khi lắp đặt DG – Th2 ..................... 42
ix Bảng 3-11: Giá trị ENS tính toán trước và sau khi lắp đặt DG – Th3 ..................... 45 Bảng 3-12: Thông số kỹ thuật lưới điện phân phối – 33 nút .................................... 48 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
x 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 Hình 3.3: Lưới điện sau khi sự cố xảy ra .................................................................. 31
xi Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán xác định giá trị hàm mục tiêu ...................................... 33 Hình 3.5: Lưu đồ thuật toán di truyền GA ................................................................ 36 Hình 3.6: Lưới điện phân phối 22kV với 21 nút tải tập trung .................................. 37 Hình 3.7: Đặc tính hội tụ GA – Th1 ......................................................................... 40 Hình 3.8: Cấu hình điện áp trước và sau khi lắp đặt DG – Th1................................ 40 Hình 3.9: Hệ thống sau khi lắp đặt DG – Th1 .......................................................... 41 Hình 3.10: Đặc tính hội tụ GA –Th2 ........................................................................ 43 Hình 3.11: Cấu hình điện áp trước và sau khi lắp đặt DG – Th2.............................. 43 Hình 3.12: Hệ thống sau khi lắp đặt DG – Th2 ........................................................ 44 Hình 3.13: Đặc tính hội tụ GA –Th3 ........................................................................ 45 Hình 3.14: Cấu hình điện áp trước và sau khi lắp đặt DG – Th3.............................. 46 Hình 3.15: Hệ thống sau khi lắp đặt DG – Th3 ........................................................ 46 Hình 3.16: Lưới điện phân phối 33 nút tải tập trung ................................................ 47 Hình 3.17: Đặc tính hội tụ GA .................................................................................. 51 Hình 3.18: Cấu hình điện áp trước và sau khi lắp đặt DG ........................................ 51 Hình 3.19: Hệ thống sau khi lắp đặt DG ................................................................... 52
1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề - Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng trực tiếp từ hệ thống điện (HTĐ) qua các trạm biến áp (TBA) trung gian đến khách hàng sử dụng điện, đảm bảo yêu cầu về chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. Cấp điện áp nhỏ 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 2030, vào năm 2020 Việt Nam sẽ nhập khẩu hơn 2,300 MW điện (chiếm 3.1% tổng cơ cấu năng lượng điện), năm 2030 sẽ nhập 7,100 MW (chiếm 4.9% tổng cơ cấu năng lượng điện). - Hệ thống điện quốc gia được xây dựng từ rất lâu, phụ tải tăng nhanh trong những năm gần đây dẫn đến việc quá tải hệ thống và trạm biến áp nguồn, cần xúc tiến nâng cấp cải tạo để đáp ứng nhu cầu sử dụng, việc cải tạo luôn cần một chi phí rất lớn, thời gian thực hiện lâu. - Bên cạnh đó Việt Nam có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng tái tạo, phân bổ rộng khắp trên toàn quốc. Ước tính tiềm năng năng lượng sinh khối có sản lượng khoảng 10 triệu tấn dầu/năm. Khí sinh học xấp xỉ 10 tỉ m3/năm. Nguồn năng lượng mặt trời có bức xạ nắng trung bình là 5 kWh/m2/ngày. Ngoài ra, vị trí địa lý hơn 3.400 km đường bờ biển có năng lượng gió ước tính khoảng 500 - 1000 kWh/m2/năm. Ở vùng sâu vùng xa có rất nhiều điểm với tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ, qui mô từ 100kW tới 30MW, tổng công suất đặt trên 7,000MW, những vị trí này tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. - Hơn nữa, Việt nam đang trong giai đoạn hoàn thiện thị trường điện cạnh trạnh. Trong đó thị trường phát điện cạnh tranh luôn được các nhà đầu tư quan tâm. Đây là cơ hội tham gia và là bước phát triển mới của các nguồn năng lượng tái tạo. - Để đáp ứng được nhu cầu điện năng trong tương lai, kích thích phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, thuỷ điện nhỏ, giảm tải cho các hệ thống và trạm biến áp nguồn, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện chúng ta cần quan tâm xem xét đến phát triển mô hình hệ thống nguồn điện phân tán và các vấn đề về tối ưu hoá vị trí đặt và dung lượng DG trong hệ thống để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống. 3. Mục tiêu của đề tài - 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.
4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Phân tích, đánh giá một số công trình liên quan đã được nghiên cứu 1.1.1. Công trình nghiên cứu “Reliability benefit of Distributed Generation as a backup source” 1.1.1.1. Giới thiệu - Đề tài được nghiên cứu bởi các tác giả I.Waseem, M.Pipattanasomporn và S.Rahman. - Tác giả dùng phương pháp kết nối nguồn phát phân tán vào hệ thống điện phân phối với mục tiêu nâng cao độ tin cậy. Máy phát phân tán ở đây được xem như một nguồn dự phòng. 1.1.1.2. Phương pháp nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối dựa trên các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEEE. - Sử dụng các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện để tính toán, đánh giá độ tin cậy trước và sau khi kết nối nguồn DG trên phát tuyến hình tia. 1.1.1.3. Nội dung công trình nghiên cứu - Đề tài nghiên cứu mạng phân phối gồm 117 trạm biến áp với tổng công suất 5,712kVA, cung cấp cho 780 khách hàng thuộc khu dân cư và một vài khu thương mại. Chiều dài tuyến phân phối chính 7,200 feet (2.195km). Đặc điểm tải kết nối như bảng 1-1: Bảng 1-1: Công suất tải của phát tuyến. Pha Tải (kW) A 568.13 B 461.86 C 662.31 Tổng cộng 1692.30 - 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. Chỉ tiêu độ tin cậy Không ngắt Ngắt Cải thiện SAIDI(giờ/khách hàng,năm) 1.3182 0.71344 46% CAIDI(giờ/khách hàng,năm) 3.4309 1.8602 46% ENS(kWh/năm) 2303 1419 38%  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%. - Tỷ lệ hỏng hóc cho phân đoạn trên tuyến phân phối chính là 0.1f/km-năm, trong khi đó giả định trên tuyến phân phối nhánh rẽ là 0.2f/km-năm.