Khôi phục cung cấp điện sau sự cố bằng phương pháp đổi nhánh
KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN SAU SỰ CỐ
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NHÁNH
RESTORATION OF POWER SUPPLY AFTER A FAULT
BY BRANCH EXCHANGE
Phạm Võ Phi Long
Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
TÓM TẮT
Việc khôi phục cung cấp điện sau sự cố là một quá trình quan trọng với nhiều yêu cầu như: an
toàn, thời gian khôi phục ngắn nhất, giảm thiểu số khách hàng bị mất điện, không bị quá tải trên
đường dây, điện áp nằm trong phạm vi cho phép, giảm thiểu tổn hao công suất… Quá trình này
được thực hiện bằng việc thao tác đóng/mở các khóa điện, đặc biệt là khóa liên kết mạch vòng,
đây là trường hợp đặc biệt của việc tái cấu hình lưới điện. Do việc thao tác đóng/mở các khóa điện
với nhiều mục tiêu nên quá trình này phức tạp, cần phải có các giải thuật tối ưu để hỗ trợ. Đề tài
tập trung xây dựng phương pháp heuristic để chuyển những phụ tải gây quá tải các nhánh dây sau
khi cô lập nhánh bị sự cố, với số lần chuyển khóa là ít nhất. Nhiệm vụ của đề tài: (i) Xây dựng giải
thuật: xác định chính xác các khóa trong vòng có chứa khóa bị sự cố và đánh giá mức độ quá tải
của các nhánh dây trong các vòng có liên quan, từ đó xác định trình tự các bước chuyển tải để khôi
phục cung cấp điện với yêu cầu giảm quá tải các nhánh; (ii) Kiểm chứng khả năng của giải thuật
trên lưới mẫu 33 nút của IEEE và lưới điện một số khu vực thành phố Long Xuyên thuộc tỉnh An
Giang nhằm chứng tỏ khả năng của giải thuật thông qua phần mềm PSS/ADEPT.
Từ khóa: khôi phục cấp điện; lưới điện trung áp; phân phối tải; tái cấu trúc lưới; tự khôi phục.
ABSTRACT
Restoration of power supply after a fault is an important process with many requirements such as
safety, shortest recovery time, minimization of the number of customers losing power, overload
prevention on lines and voltages within the allowable range, reduction of Power loss… This
process, a special case of network reconfiguration, is done by manipulating the opening/ closing
of the electric switch, especially the loop switch. Because of the operation of closing/ opening
electric for many purposes, this process is complicated and requires optimal algorithms to support.
The topic is to focus on building heuristic methods to transfer loads, which overload the wire
branches after isolating the faulty branch, with the minimum number of switches. Tasks of the
topic: (i) Building algorithms that accurately identify the switches within the fault and assess the
overload of the branches in the relevant rings, then determine the sequence of transfer steps to
recover Power supply for the purpose of reducing overload on branches; (ii) Testing the ability of
algorithms on the 33-node sample grid of IEEE and some electrical grids of Long Xuyen city area
in An Giang province in order to demonstrate the ability of the algorithm through PSS/ADEPT
software.
Key words: electricity service restoration; medium-voltage grid; load distribution; network
reconfiguration; self-healing
1. Đặt vấn đề
phép, thời gian khôi phục ngắn nhất, giới hạn
công suất nguồn không bị vi phạm, giảm
thiểu tổn hao. Quá trình này được thực hiện
bằng việc thao tác đóng/mở các khóa điện,
đặc biệt là khóa liên kết mạch vòng các
nguồn, đây là trường hợp đặc biệt của việc tái
cấu hình lưới điện. Do việc thao tác đóng/mở
các khóa điện với nhiều mục tiêu nên quá
trình này phức tạp cần phải có các giải thuật
tối ưu để hỗ trợ. Nghiên cứu các biện pháp
khôi phục cung cấp điện cho hệ thống điện
nói chung, và mạng lưới điện phân phối nói
Việc ngừng cung cấp điện và cô lập, cách
ly khu vực có sự cố, tìm ra nguyên nhân, xử
lý sự cố; khôi phục cung cấp điện một phần
hay hoàn toàn cho lưới điện luôn luôn cần
phải được thực hiện nhanh chóng, an toàn để
kịp thời cung cấp điện trở lại, hạn chế thiệt
hại do mất điện gây ra. Khôi phục cung cấp
điện sau sự cố là một quá trình quan trọng với
nhiều yêu cầu như: an toàn, giảm thiểu số
khách hàng bị mất điện, không bị quá tải trên
đường dây, điện áp nằm trong phạm vi cho
riêng là vấn đề rất cần thiết và hứa hẹn mang
lại nhiều lợi ích kinh tế.
pháp để khôi phục cung cấp điện trên lưới
điện phân phối như: các giải thuật thuần
Heuristic được trình bày trong các nghiên cứu
[1-6], hay sử dụng cơ sở tri thức [5, 7-12].
Các mạng nơron hay các thuật toán
metaheuristic như giải thuật di truyền, cũng
như lý thuyết mờ cũng được áp dụng để giải
bài toán này [12, 13]. Tuy nhiên, việc đảm
bảo số lần chuyển tải, cũng như số lượng
khách hàng bị mất điện là ít nhất, để thời gian
khôi phục lưới là ít, nhằm giảm thiểu chi phí
thiệt hại, đền bù cho khách hàng chưa được
đề cập rõ ràng trong các nghiên cứu trên. Bài
báo này sẽ trình bày một giải thuật heuristic
nhằm giảm thiểu số lần chuyển khóa mà vẫn
đảm bảo số lượng khách hàng bị mất điện là
ít nhất với hàm chống quá tải trên các nhánh.
Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ thông
tin trong lưới điện phân phối trở nên cơ bản,
phổ biến, đặc biệt là hệ thống SCADA ngày
càng hoàn thiện, thì yêu cầu khôi phục cung
cấp điện nhanh chóng trên lưới điện phân
phối được đòi hỏi một cách cấp thiết hơn nữa.
Lưới điện thông minh đang được nghiên
cứu xây dựng và thử nghiệm nhiều nơi trên
thế giới, một trong những đặc trưng của lưới
thông minh là có thể tự khắc phục (self-
healing) khi có sự cố, tự động cô lập vùng bị
sự cố, nhanh chóng cấp điện lại cho các phụ
tải, giảm thiểu thời gian mất điện và lượng
phụ tải bị mất điện. Với đặc trưng của lưới
điện phân phối được kết nối dạng mạch vòng,
vận hành hở. Khi sự cố xảy ra, việc xác định
điểm sự cố và tái lập lưới đang được thực hiện
thủ công bởi điều độ viên và công nhân vận
hành, mất nhiều thời gian, ảnh hưởng đến
chất lượng điện năng, tăng các chỉ số xấu
trong vận hành, và có thể dẫn đến chưa tối ưu
trong việc tái lập lưới sau sự cố. Trong thời
đại tự động hóa lưới điện phân phối, phát
triển lưới điện thông minh ngày nay thì một
trong những vấn đề cần quan tâm đó là tái cấu
trúc lưới sau sự cố.
2. Khôi phục cung cấp điện sau sự cố bằng
phương pháp đổi nhánh
2.1. Giới thiệu
Các biện pháp để tái cấu hình khôi phục
cung cấp điện cho lưới phân phối như: thiết
kế thêm các lộ ra, nhánh rẽ dự phòng, lắp máy
phát DG dự phòng... Các biện pháp này đều
mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn
các chi phí đầu tư và lắp thiết đặt thiết bị.
Trong khi đó biện pháp tái cấu hình khôi phục
lưới thông qua việc chuyển tải bằng cách
đóng/mở các cặp khóa điện có khả năng nâng
cao việc cân bằng tải, giảm thiểu số lượng hộ
tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay cách ly
phần tử bị sự cố để sửa chữa. Bài toán tái cấu
trúc khôi phục cung cấp điện cho lưới điện
phân phối được xác định như là quá trình thay
đổi cấu hình của lưới điện phân phối để cung
cấp điện trở lại cho phụ tải trong thời gian
khắc phục sự cố.
Một số nước trên thế giới xem vấn đề
phương pháp tái cấu trúc lưới sau sự cố là một
trong những vấn đề quan tâm hàng đầu (vì nó
ảnh hưởng đến chế độ vận hành, tổn hao, giới
hạn dòng, điện áp, v.v…), đã có một số
nghiên cứu về vấn đề này, đề xuất các phương
pháp giải quyết vấn đề tái cấu trúc lưới, nội
dung chủ yếu tập trung ở hai mặt: phương
pháp tối ưu và mục tiêu khi tái lập lưới sau sự
cố. Các bài báo sử dụng các phương pháp
khác nhau, như phương pháp chuyên gia,
toán học, tìm kiếm Heuristic, trí tuệ nhân tạo,
thuật toán lai, v.v. với các hàm mục tiêu nào
đó, ràng buộc hoặc xét trong các trường hợp
riêng để tìm ra lời giải cho bài toán theo mục
đích khác nhau. Có rất nhiều công trình
nghiên cứu về vấn đề khôi phục cung cấp
điện cho lưới điện phân phối nói riêng, và
trong các chương trình nghiên cứu về hệ
thống điện nói chung. Nhiều công trình
nghiên cứu được đăng tải lên các tạp chí uy
tín. Các bài báo đã khảo sát vấn đề này một
cách cẩn thận và đánh giá toàn diện vấn đề
khôi phục cung cấp điện. Có nhiều phương
Tái cấu hình khôi phục cung cấp điện hệ
thống phân phối là một vấn đề tối ưu hóa đa
mục tiêu và phức tạp. Có nhiều mục tiêu khác
nhau, tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng điện,
như khôi phục với mục tiêu tối đa số lượng
tải có thể được cấp điện, tối thiểu hóa chi phí
năng lượng không được cung cấp, tối thiểu
hóa chi phí tổn thất công suất thực.
Khôi phục cung cấp điện bằng biện pháp
tái cấu hình có thể dẫn đến kết quả là sẽ có
đường dây bị quá tải, hay điện áp nút sẽ giảm
xuống dưới mức cho phép, do đó các mục tiêu
đều phải thỏa mãn các giới hạn về điện áp và
dòng điện.
Có thể nhận thấy cấu hình vận hành khôi
phục cung cấp điện sau sự cố là cấu hình vận
hành tạm thời. Sau khi sữa chữa, khắc phục
xong sự cố, sẽ trở về cấu hình vận hành ban
đầu. Do đó, ta có thể xem xét một số tổn thất
(công suất, điện năng, quá tải nhẹ…) là không
đáng kể, có thể bỏ qua.
Vmin Vi Vmax; i = 1, 2,.. Nbus
0 Ii Imax,i; i = 1, 2,.. Nbr
Hàm chống quá tải:
(4)
(5)
Ii2
n
Cb=
I
2
(6)
i=1
i đm
Khi sự cố xảy ra trên lưới, yêu cầu đặt ra
là phải nhanh chóng đưa lưới điện trở lại vận
hành nhanh nhất có thể nhằm đảm bảo cung
cấp điện cho các hộ dùng điện. Các yêu cầu
quan trọng là không bị quá tải, mức độ mang
tải của nhánh dây không quá lớn, thời gian
cung cấp điện trở lại nhanh chóng (thể hiện
qua số lần chuyển đổi khóa điện phải là ít
nhất), điện áp nằm trong phạm vi cho phép.
2.3. Phương pháp tiếp cận
Ở đây, với hàm chống quá tải (6) có thể
được tính toán và quy đổi cho phù hợp với
quá trình tính toán phân bố công suất trong
lưới điện phân phối:
Ii2
Ii2đm
P2 + Qi2
n
n
i
Cb=
=
Si2đm
i=1
i=1
P2 + Qi2
P2 + Q2
1
n
n
Trong phạm vi của bài báo, mục tiêu của
tái cấu trúc khôi phục cung cấp điện là tìm ra
cấu trúc vận hành tạm thời mà không có
nhánh nào bị quá tải với số khóa chuyển tải
là ít nhất.
i
i
i
.
=
=
I 2
Ui2đm I2
i đmUi2đm
i=1
i=1
iđm
1
Ii2.đm
R =
Đặt
2.2. Hàm mục tiêu khôi phục cung cấp điện
P2 + Qi2
n
i
Nhánh bị quá tải lớn nhất trong hệ thống
được xác định bằng biểu thức:
Cb=
.R
Ui2đm
i=1
Ii2
I1 I2
Ik
In
n
n
(1)
LBImax = max
,
,...
I2,cp Ik,cp
,...,
,
Cb =
= P
(7)
I
In,cp
→
1,cp
I
2
i=1
i=1
i đm
Một yêu cầu khác của khôi phục cung cấp
điện khi có sự cố là thời gian thực hiện khôi
phục là nhanh nhất. Do mỗi loại khóa điện có
cơ cấu đóng cắt khác nhau và thường nằm
cách xa nhau về địa lý nên sẽ mất thời thực
hiện chuyển đổi (đóng/ mở) trong khi tái cấu
hình lưới và đây là phần việc chiếm phần lớn
thời gian, vì vậy cần được quan tâm bằng
cách cực tiểu số lần chuyển khóa so với cấu
hình vận hành bình thường. Số lần chuyển
khóa so với cấu trúc lưới ban đầu khi thực
hiện tái cấu trúc được xác định bằng biểu
thức:
2
Ii
Khi:
Không quá tải, thỏa điều
Quá tải, không thỏa điều
1
1
Iđm
kiện;
2
Ii
Khi:
Iđm
kiện.
Từ biểu thức (7) với hàm chống quá tải khi
tổn thất công suất ΔP là nhỏ nhất thì đồng
nghĩa với việc hàm chống quả tải là tốt nhất.
Phương pháp đề nghị này cho thấy: nhánh
bị sự cố được xem là nhánh có khóa mở bắt
buộc; xác định cấu hình khôi phục cung cấp
điện sau sự cố là một bài toán có nhiều lời
giải, trong cấu hình lưới điện phân phối sau
khôi phục cung cấp điện được chọn, là cấu
hình có sự thay đổi trạng thái khóa điện là ít
nhất; áp dụng hàm mục tiêu khôi phục cung
cấp điện sẽ chọn được khóa mở, giúp nhánh
đang bị quá tải sẽ giảm quá tải nhanh nhất, từ
đó sẽ làm giảm số lần chuyển đổi trạng thái
khóa, tức là giảm thời gian khôi phục sau sự
NSW =
Nbr S − Si
(2)
i=1
0,i
Trong đó, So,i và Si lần lượt là trạng thái
các khóa điện trước và sau khi thực hiện tái
cấu trúc khôi phục cung cấp điện. Như vậy,
hàm mục tiêu cần cực tiểu trong quá trình
khôi phục cung cấp điện bao gồm các thành
phần sau:
F = LBImax + NSW
(3)
Với điều kiện ràng buộc:
cố; đặc điểm của giải thuật đề xuất là số lượng
vòng lặp ít nên nhanh chóng chỉ ra được
nhiều cấu trúc vận hành hiệu quả trong việc
tái cấu hình khôi phục cấp điện sau sự cố.
phục tốt nhất khi thay đổi khóa điện.
Bước 11: Thay thế và cập nhật cấu hình tốt
nhất có thể khôi phục.
Bước 12: Lặp lại bước 7 cho đến khi các khóa
điện trong cấu hình khôi phục ban đầu đang
xét được thay thế hết.
Khi có sự cố trên hệ thống điện phân phối,
việc đầu tiên cần quan tâm là loại bỏ nhánh
sự cố ra khỏi hệ thống. Sau đó, một hoặc
nhiều các khóa điện được thay đổi trạng thái
để khôi phục cung cấp điện cho các phụ tải.
Bước 13: Lặp lại bước 6 cho đến khi các cấu
hình khôi phục ban đầu được xét hết.
Bước 14: Xuất kết quả là cấu hình tốt nhất có
thể khôi phục.
Như vậy, có thể thấy rằng việc khôi phục
cung cấp điện có thể được thực hiện bằng kỹ
thuật trao đổi nhánh.
Lưu đồ giải thuật biểu diễn trong Hình 1
bên dưới.
2.4. Lưu đồ thuật toán của giải pháp đề nghị
Bắt đầu
Các bước thực hiện đổi nhánh khôi phục
cung cấp điện được mô tả chi tiết thành 2 giai
đoạn. Giai đoạn 1 có 04 bước và giai đoạn 2
có 08 bước như sau:
Xác định nhánh sự cố và mởnhánh có sự cố
Xác định các vòng kín có chứa nhánh có sự cố
Đóng khóa đang mở trong các vòng kín để tạo các cấu hình
có thể khôi phục ban đầu
Giai đoạn 1:
Giải bài toán phân bố công suất, tính toán hàm mục tiêu chống
quá tải với tổn thất công suất là bé nhất.
Bước 1: Xác định nhánh bị sự cố, và cô lập
nhánh sự cố bằng cách mở khóa điện trên
nhánh sự cố nhằm cô lập nhánh có sự cố.
i:=1
j:=1
Bước 2: Xác định các vòng kín có chứa nhánh
sự cố.
Thay đổi khóa điện đang mởthứ j trong cấu hình khôi phục
ban đầu thứ i bằng các khóa điện trong vòng kín tương ứng
Giải bài toán phân bố công suất, tính toán hàm mục tiêu
chống quá tải với tổn thất công suất là bé nhất.
Bước 3: Đóng khóa điện đang mở trong các
vòng kín có chứa nhánh sự cố đó để tạo thành
các cấu hình khôi phục cung cấp điện như ban
đầu.
Xác định cấu hình có hàm mục tiêu tốt nhất khi thay khóa mở
thứ j bằng các khóa điện trong vòng kín tương ứng
Thay thế và cập nhật cấu hình khôi phục tốt nhất
j:= j + 1
Bước 4: Giải bài toán phân bố công suất, tính
toán hàm mục tiêu khôi phục cung cấp điện
với hàm mục tiêu là tổn thất công suất là bé
nhất.
Sai
j >số khóa mở
i:= i + 1
Sai
` i >số cấu hình khôi phục ban đầu
Giai đoạn 2:
Xuất kết quả khôi phục tốt nhất
Kết thúc
Bước 5: Xét từng cấu hình i khôi phục ban
đầu.
Hình 1. Lưu đồ giải thuật
2.5. Ví dụ
Bước 6: Xét từng khóa điện j trong cấu hình
khôi phục ban đầu đang xét.
Bước 7: Thay khóa điện đang xét bằng các
khóa điện trong vòng kín tương ứng.
Xét lưới điện 3 nguồn như hình vẽ
Bước 8: Giải lại bài toán phân bố công suất,
tính toán hàm mục tiêu chống quá tải khôi
phục cung cấp điện với hàm mục tiêu tổn thất
công suất là bé nhất.
Bước 9: Xác định cấu hình có hàm mục tiêu
tốt nhất khi thay khóa mở bằng các khóa ở
vòng kín tương ứng.
Bước 10: Cập nhật cấu hình cấu hình khôi
phục ban đầu đang xét bằng cấu hình khôi
Hình 2. Mạng 3 nguồn trạng thái bình
thường
Lưới điện có 3 vòng kín:
nhánh 7-9 là cấu hình mà các khóa điện {s10,
s12, s8} được mở.
- Vòng kín 1 bao gồm các khóa điện: s1, s2,
s15, s12, s5, s4;
- Vòng kín 2 bao gồm các khóa điện: s4, s6,
s16, s8, s7;
- Vòng kín 3 bao gồm các khóa điện: s1, s3,
s11, s14, s10, s9, s7.
Ở điều kiện vận hành bình thường các khóa
điện s14, s15 và s16 mở để đảm bảo cấu trúc
vận hành hở của lưới phân phối.
Hình 3. Khi sự cố, đóng s15, sẽ mở s10, s12
Trường hợp 1: Giả sử có sự cố xảy ra trên
nhánh 7-9, các bước lần lượt được thực hiện
như sau:
và s8
Trường hợp 2: Khi có sự cố xảy ra trên nhánh
1-11, các bước lần lượt được thực hiện như
sau:
- Mở khóa điện s12 trên nhánh 7-9.
- Khóa s12 thuộc vòng kín 1 và trong các
khóa điện đang mở {s14, s15, s16} có khóa
điện s15 thuộc vòng kín 1. Như vậy khóa s15
được đóng lại để tạo ra cấu hình có thể khôi
phục cung cấp điện ban đầu: {s14, s12, s16}
- Mở khóa điện s7 trên nhánh 1-11.
- Rõ ràng, khóa s7 thuộc vòng kín 2 và vòng
kín 3. Như vậy, trong các khóa điện đang mở
{s14, s15, s16} có khóa điện s16 thuộc vòng
kín 2 và khóa điện s14 thuộc vòng kín 3. Kết
quả hoặc là khóa s16 được đóng lại để tạo ra
cấu hình có thể khôi phục cung cấp điện ban
đầu là {s14, s15, s7} và hoặc là khóa s14
được đóng lại để tạo ra một cấu trúc lưới khôi
phục ban đầu khác {s7, s15, s16}. Do đó, so
với trường hợp 1 thì ở trường hợp này tồn tại
hai cấu hình khôi phục ban đầu: {s14, s15,
s7} và {s7, s15, s16}.
- Tính toán hàm mục tiêu khôi phục cho cấu
hình có thể khôi phục cung cấp điện ban đầu:
{s14, s12, s16}.
- Thay thế khóa điện s14 bằng các khóa điện
trong vòng kín 3 bao gồm các khóa điện s1,
s3, s11, s14, s10, s9 và s7, ta được các cấu
hình khôi phục sau: {s1, s12, s16}; {s3, s12,
s16}; {s11, s12, s16}; {s14, s12, s16}; {s10,
s12, s16}; {s9, s12, s16}; {s7, s12, s16}.
Quá trình tính toán được thực hiện như
trường hợp 1, nhưng rõ ràng số lượng cấu
hình khôi phục cần tính toán đã tăng đáng kể
so với trường hợp 1.
- Tính toán hàm mục tiêu khôi phục cho các
cấu hình khôi phục cung cấp điện trên và tìm
được cấu hình có hàm mục tiêu tôt nhất. Giả
thiết rằng cấu hình {s10, s12, s16} có hàm
mục tiêu tốt nhất.
Nhận xét qua ví dụ:
- Nhánh bị sự cố được xem là nhánh có khóa
mở bắt buộc;
- Cập nhất cấu hình khôi phục ban đầu {s14,
s12, s16} bằng cấu hình khôi phục mới {s10,
s12, s16}.
- Xác định cấu hình khôi phục cung cấp điện
sau sự cố là một bài toán có nhiều lời giải,
trong cấu hình lưới điện phân phối sau khôi
phục cung cấp điện được chọn, là cấu hình có
sự thay đổi trạng thái khóa điện là như ban
đầu lúc chưa có sự cố, nhưng đảm bảo điều
kiện chống quá tải trên các đường dây;
- Tiếp tục thay thế khóa điện s16 bằng các
khóa điện trong vòng kín 2 bao gồm các khóa
điện s4, s6, s16, s8 và s7, ta được các cấu hình
khôi phục sau: {s10, s12, s4}; {s10, s12, s6};
{s10, s12, s8}; {s10, s12, s7}.
Tính toán hàm mục tiêu khôi phục cho các
cấu hình khôi phục cung cấp điện trên và tìm
được cấu hình có hàm mục tiêu tốt nhất qua
các lần chuyển khóa điện. Chẳng hạn, cấu
hình {s10, s12, s8} có hàm mục tiêu tốt nhất
so với tất cả các cấu hình đã xét. Như vậy,
cấu hình sẽ được vận hành khi có sự cố trên
- Áp dụng hàm mục tiêu chống quá tải để khôi
phục cung cấp điện sẽ chọn được khóa mở
giúp nhánh đang quá tải sẽ giảm quá tải
nhanh nhất, từ đó sẽ làm giảm số lần chuyển
đổi trạng thái khóa điện. Tức là giảm thời
gian khôi phục cung cấp điện sau sự cố;
- Đặc điểm của giải thuật đề xuất: số lượng
vòng lặp ít nên nhanh chóng chỉ ra được
nhiều cấu trúc vận hành hiệu quả trong việc
tái cấu hình khôi phục cung cấp điện sau sự
cố đảm bảo chống quá tải.
Giả sử khi có sự cố ở nhánh 2-3: lúc này
bắt buộc mở khóa 2-3 (sw02); đóng khóa 8-
21 (sw33) để cấp điện lại.
a) Khôi phục theo phương pháp đề nghị
Kết quả khi sự cố nhánh 2-3: khôi phục
theo giải thuật đề xuất là cấu hình: 2-3, 25-
29, 8-9, 9-15, 30-31; mô phỏng thể hiện trên
hình 6.
3. Mô hình ví dụ kiểm tra kết quả giải
thuật
3.1. Lưới điện mẫu IEEE mạng 33 nút 37
nhánh của Baran
Hệ thống phân phối 33 nút, bao gồm 37
nhánh, 32 phân đoạn chuyển mạch và 5 khóa
điện của Baran. Thông số của lưới điện được
trình bày ở Bảng 4.1. Sơ đồ đơn tuyến được
trình bày trong hình 4.1. Tổng công suất thực
của tải và công suất phản kháng của hệ thống
tương ứng là 3,72 MW và 2,3 MVAR . Ở điều
kiện vận hành bình thường các khóa mở là
S33, S34, S35, S36 và S37 và không có
đường dây nào bị quá tải Max(I/ Imax) =
0.82496 và điện áp thấp nhất trong hệ thống
là 0.91308 pu.
Hình 6. Kết quả cấu hình khôi phục khi sự
cố nhánh 2-3
b) Khôi phục theo phương pháp TOPO
Nếu sử dụng bài toán TOPO trên lưới
thuần trở nêu trên, với khóa luôn mở (lock) là
2-3 và đóng khóa 8-21 để cấp điện lại; thì cấu
hình khôi phục khi sự cố 2-3 theo TOPO là 9-
10, 1-15, 24-25, 30-30; kết quả mô phỏng
hình 7.
Hình 7. Kết quả cấu hình khôi phục khi sự
cố nhánh 2-3 bằng TOPO
Hình 4. Lưới điện 33 nút 37 nhánh của
Baran [28]
c) Kiểm tra dòng điện trên các nhánh của 02
phương pháp
Lưới điện 33 nút được mô phỏng trên phần
mềm PSS/ADEPT hình 5. Khi vận hành ở
điều kiện vận hành bình thường với các khóa
8-21, 25-29, 12-22, 9-15 và 18-33 mở. Khi
đó, ngoại trừ nhánh 1-2 có I= 211A, thì nhánh
2-3 là nhánh có dòng điện cực đại là
Imax=188A.
Kiểm tra lại dòng điện các nhánh trên lưới
điện ban đầu, cấu hình bằng phương pháp đề
nghị và phương pháp TOPO:
- Phương pháp đề nghị: Imax= 229A trên
nhánh 2-9; cấu hình khôi phục là mở các khóa
2-3, 25-29, 8-9, 9-15, 30-31
- Phương pháp TOPO: Imax= 229A trên
nhánh 2-9; cấu hình khôi phục là mở các khóa
2-3, 24-25, 9-10, 9-15, 30-31
Như vậy, dòng điện cực đại, dòng điện các
nhánh khi khôi phục theo phương pháp đề
nghị và khi khôi phục theo phương pháp
Hình 5. Lưới điện 33 nút trên PSS/ADEPT
TOPO là tương đương, và đều nằm trong giới
hạn cho phép.
4. Kết luận
Tái cấu hình khôi phục cung cấp điện khi
d) Nhận xét
xảy ra sự cố đòi hỏi phải thực hiện nhanh
chóng, giống như tình trạng khẩn cấp, và phải
đáp ứng nhiều mục tiêu. Trong đó, mục tiêu
quan trọng là không bị quá tải, điện áp nút
nằm trong giới hạn cho phép, thời gian cấp
điện lại nhanh nhất có thể (thể hiện qua số lần
chyển đổi khóa điện là ít nhất), số khách hàng
được cấp điện là nhiều nhất.
Bài báo đã đề xuất phương pháp đổi nhánh
cải tiến để khôi phục cung cấp điện, phương
pháp này đã được kiểm nghiệm và cho thấy:
không phải sự cố trên bất kỳ nhánh nào cũng
có thể thực hiện khôi phục bằng tái cấu hình;
giải thuật trao đổi nhánh đã tìm được các cấu
hình khôi phục hợp lý đáp ứng các ràng buộc
kỹ thuật đặt ra; phương pháp phù hợp do bởi
yêu cầu số lần chuyển khóa của bài toán là ít
nhất mà không đòi hỏi hàm mục tiêu là tối ưu
nhất mà chỉ cần không vi phạm ràng buộc quá
tải.
Bài báo đã áp dụng phương pháp đổi
nhánh, là một phương pháp heuristic được áp
dụng rộng rãi trong vận hành lưới điện phân
phối để tái cấu hình khôi phục cung cấp điện
khi xảy ra sự cố, đáp ứng được các mục tiêu
rất quan trọng nêu trên. Giải thuật khôi phục
có thể cung cấp cho các điều độ viên một
công cụ phù hợp trong tình trạng khẩn cấp khi
bị sự cố.
3.2. Lưới điện phân phối khu vực thành phố
Long Xuyên của tỉnh An Giang
Kết quả kiểm tra giải thuật đề xuất trên
lưới điện Khu vực thành phố Long Xuyên
tỉnh An Giang, với thông số lưới điện như
sau: - Tổng số nút là 234 nút
Giải thuật được kiểm tra lên lưới điện mẫu
IEEE 33 nút 37 nhánh, và trên lưới điện thực
tế của Thành phố Long Xuyên tỉnh An Giang.
Giải thuật đã nhanh chóng tìm được các cấu
hình khôi phục hợp lý đáp ứng các ràng buộc
không bị quá tải trên các nhánh, với tổn thất
là bé nhất. Trong tình trạng khẩn cấp, phương
pháp này tốt hơn so với giải thuật TOPO; vì
khi chạy giải thuật TOPO phải chạy hết
chương trình để xác định đóng/mở các khóa,
còn giải thuật đề nghị se xác định được các
khóa cần đóng/mở khi giá trị Cb thỏa mãn,
Cb < 1.
- Tổng số công suất đặt là 90,852MW
- Tổng chiều dài đường dây 30,68km.
Hiện trạng lưới điện thành phố Long
Xuyên khi chưa áp dụng giải thuật đề xuất
thì: có một số đoạn đường dây khi bị sự cố
phải cô lập hoàn toàn phụ tải phía sau. Khi áp
dụng giải thuật đề xuất thì có thể chuyển tải
để nhanh chóng cấp điện lại cho phụ tải phía
sau, mà không bị quá tải các nhánh liên quan.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] C. Y. Teo, A computer aided system to automate the restoration of electrical power supply,
Electr. Power Syst. Res., 24 (1992) 119-125.
[2] D. Shirmohammadi, Service restoration in distribution networks via network reconfiguratiom
IEEE Trans. Power Delivery, 7 (2) (1992) 952 958.
[3] J.S. Wu, K.L. Tomsovic and C.S. Chen, A heuristic approach to feeder switching operations
for overload, faults, unbalanced flow and maintenance, IEEE Trans. Power Deliver),, 6 (4) (1991)
1579-1585.
[4] E.N. Dialynas and D.G. Michos, Interactive modelling of supply restoration procedures in
distribution system operation, IEEE Trans. Power Deliver),, 4 (3) (1989) 1847 1854.
[5] C.C. Liu, S.J. Lee and S.S. Venkata, An expert system operational aid for restoration and loss
reduction of distribution systems, IEEE Trans. Power Syst., 3 (2) (1988) 619-626.
[6] H.C. Kuo and Y.Y. Hsu, Distribution system load estimation and service restoration using a
fuzzy set approach, IEEE Trans. Power Delivery, 8 (4) (1993) 1950 1957.
[7] C.S. Chen, J.S. Wu and C.S. Moo, Fault restoration by optimizing switch configuration in
distribution systems, J. Chin. Inst. Eng., 12 (6) (1989) 781-789.
[8] Y.Y. Hsu et al., Distribution system service restoration using a heuristic search approach,
IEEE Trans. Power Delivery, 7 (2) (1992) 734 740.
[9] H. Kim, Y. Ko and K.H. Jung, Algorithm of transferring the load of the faulted substation
transformer using the best-first search method, IEEE Trans. Power Delivery, 7 (3) (1992) 1434
1442.
[10] K. Aoki, K. Nara, M. Itoh, T. Satoh and H. Kuwabara, A new algorithm for service restoration
in distribution systems, IEEE Trans. Power Delivery, 4 (3) (1989) 1832 1839.
[11] K. Aoki, K. Nara and T. Satoh, New reconfiguration algorithm for distribution system -
priority constrained emergency service restoration, Selected Papers, IFAC Syrup. Power Systems
and Power Plant Control, Seoul, South Korea, 1989, Pergamon, Oxford, 1990, pp, 443 448.
[12] S. Devi, D.P. Sen Gupta and S. Sargunaraj, A search technique for restoring power supply in
complex distribution systems, Power Systems Jor the Year 2000 and Beyond, Proc. 6th Nat. Power
Systems Con£, Bombay, India, 1990, Tata McGraw-Hill, New Delhi, pp. 122 125.
[13] M.A. Hughes, Distribution automation to improve customer service in the United Kingdom,
2nd Int. Conj. Advances in Power System Control, Operation and Management (APSCOM), Hong
Kong, 1993, Conf. Publ. No. 388, IEE, Hong Kong, Vol. 1, pp. 30 36.
[14] Civanlar, S., J. J. Grainger, Y. Yin and S. S. Lee, “Distribution Feeder Reconfiguration for
Loss Reduction”, IEEE Transactions on Power Delivery, 3-3, July 1988, pp. 1217-1223.
[15] Gonen Turan , “Electric Power Distribution System Engineering“, McGraw-Hill, Inc, 1986.
[16] Liu. C-C.. S. J. Lee and S. S. Venkata, “An Expert System Operational Aid Restoration and
Loss Reduction of Distribution Systems”, IEEE Transactions on Power Systems, 3-2, pp. 619-626
(May 1988).
[17] Wagner T.P., Chikhani A.Y., Hackem R. “Feeder reconfiguration for loss reduction: an
application of distribution automation”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 6, (1991).
[18] Wu J.S., Tomsovic K.L. and Chen C.S. "A Heuristic Search Approach to Feeder Switching
Operations for Overload, Fault, Unbalance Flow and Maintenance", IEEE Trans. Power Delivery,
Vol.6, 1991, pp. 1579-1585.
[19] Jiang, D. and R. Baldick, “Optimal Electric Distribution System Switch Reconfiguration and
Capacitor Control,” IEEE Transactions on Power Systems, 11-2, May 1996, pp. 890- 897.
[20] Giamocanin, V, “Optimal Loss Reduction of Distribution Networks’’. IEEE Transactions on
Power Systems , Vol5-3. pp. 774-781 August 1990 (1.24)
[21] Y. Fujii et al., On-line expert system for power distribution systems control, Int. J. Electr.
Power Energy Syst., 14 (1992) 45-53.
[22] T.J. Kendrew and J.F. Graham, Applying expert system technology to automated distribution
feeder deployment and sectionalizing, Proc. American Power Conf., Chicago, IL, USA, 1989, pp.
563-568.
[23] D. Srinivasan, A.C. Liew, C.S. Chang and J.S.P. Chen, Intelligent operation of distribution
network, IEE Proc. Gener. Trans. Distrib., 141 (1994) 106-116.
[24] H.C. Kuo and Y.Y. Hsu, Distribution system load estimation and service restoration using a
fuzzy set approach, IEEE Trans. Power Delivery, 8 (4) (1993) 1950-1957.
[25] C.Y. Teo and H.B. Gooi, Restoration of electrical power supply through an algorithm and
knowledge based system, Electr. Power Syst. Res., 29 (1994) 171-180.
[26] Goswaini, S. K. and S. K. Basu, “A New Algorithm for the Reconfiguration of Distribution
Feeders for Loss Minimization”, IEEE Transactions on Power Delivery, 7-3, July 1992, pp. 1484-
1491.
[27] Taleski R. and Rajicic D. "Distribution Network Reconfiguration For Energy Loss
Reduction", IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 12, No. 1, February 1997.
[28] Baran, M. E. and F. F. Wu, “Network Reconfiguration in Distribution Systems for Loss
Reduction and Load Balancing”, IEEE Transactions on Power Delivery, 4-2, April 1989, pp. 1401-
1407. (1998)./.
Xác nhận của Giảng viên hướng dẫn
PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
8 trang
09/01/2024
16940
Free
Bạn đang xem tài liệu "Khôi phục cung cấp điện sau sự cố bằng phương pháp đổi nhánh", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- khoi_phuc_cung_cap_dien_sau_su_co_bang_phuong_phap_doi_nhanh.pdf
