Bài toán xác định dung lượng và vị trí tối ưu các máy phát phân tán trong lưới phân phối :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯƠNG CÔNG BÌNH

BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG VÀ

VỊ TRÍ TỐI ƯU CÁC MÁY PHÁT PHÂN TÁN

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã chuyên ngành: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯƠNG CÔNG BÌNH

BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG VÀ

VỊ TRÍ TỐI ƯU CÁC MÁY PHÁT PHÂN TÁN

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã chuyên ngành: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2018

NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: Trương Công Bình MSHV: 16003591

Ngày, tháng, năm sinh: 01/12/1972 Nơi sinh: Hà Bắc

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202

I. TÊN ĐỀ TÀI: Bài toán xác định dung lượng và vị trí tối ưu các máy phát

phân tán trong lưới phân phối.

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

- Đánh giá tổng quan về tình hình năng lượng điện, tìm hiểu về máy phát phân

tán, vai trò của các máy phát phân tán trong lưới điện phân phối.

- Tìm hiểu tổng quan các phương pháp xác định dung lượng và vị trí tối ưu của

các máy phát phân tán trong lưới phân phối.

- Đề xuất thuật toán xác định vị trí và dung lượng tối ưu của các máy phát phân

tán.

- Sử dụng phần mềm Matlab viết chương trình và kiểm chứng kết quả.

- Hướng phát triển của đề tài.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: thực hiện quyết định số 552/QĐ-ĐHCN ngày

30/01/2018 của Trường Đại học Công nghiệp TPHCM về việc giao nhiệm vụ

hướng dẫn lận văn thạc sĩ.

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 30 tháng 07 năm 2018

V. NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Trung Nhân

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018

NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔM ĐÀO TẠO

TS. Nguyễn Trung Nhân

TRƯỞNG KHOA

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Trung Nhân.................................................

Người phản biện 1: .......................................................................................................

Người phản biện 2: .......................................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường

Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. .........................................................................- Chủ tịch Hội đồng

2. .........................................................................- Phản biện 1

3. .........................................................................- Phản biện 2

4. .........................................................................- Ủy viên

5. .........................................................................- Thư ký

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

i

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian học tập và nghiên cứu, đến nay học viên đã hoàn thành luận văn thạc

sĩ khoa học ngành kỹ thuật điện.

Luận văn ngành kỹ thuật điện với đề tài “Bài toán xác định dung lượng và vị trí tối

ưu các máy phát phân tán trong lưới điện phân phối’’ là do học viên cao học

Trương Công Bình thực hiện, giáo viên hướng dẫn là TS. Nguyễn Trung Nhân,

trường đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với TS. Nguyễn Trung Nhân người đã trực tiếp

tận tâm hướng dẫn tôi nghiên cứu thực hiện luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường đại học Công nghiệp Thành phố

Hồ Chí Minh. Đặc biệt là các thầy cô giáo thuộc khoa Công nghệ điện trường đại

học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy truyền đạt kiến

thức để tôi hoàn thành khóa luận và làm nền tảng cho tôi hoàn thành luận văn.

Bên cạnh đó tôi cũng nhận được nguồn động viên to lớn của gia đinh và bạn hữu

giúp tôi có điều kiện để hoàn thành luận văn.

Tp. HCM, ngày 29 tháng 07 năm 2018

Học viên

Trương Công Bình

ii

TÓM TẮT

Trong thập kỷ qua, sự thâm nhập của các máy phát điện sử dụng năng lượng tái tạo

đang gia tăng trên toàn thế giới, bởi nó được khuyến khích từ các chính sách quốc

gia và quốc tế nhằm tăng số lượng các nguồn năng lượng tái tạo. Bên cạnh những

lợi thế về môi trường, các máy phát phân tán (Distributed Generation-DG) đóng

góp vào việc áp dụng chính sách năng lượng cạnh tranh, đa dạng hóa các nguồn

năng lượng, giảm chi phí vận hành trong giờ cao điểm, trì hoãn nâng cấp mạng,

giảm tổn thất và chi phí truyền tải và phân phối điện.

Đề tài này đề xuất một phương pháp luận hiệu quả để xác định vị trí tối ưu cho vị trí

của DG để giảm thiểu tổng tổn thất điện năng trong các hệ thống phân phối chính.

Phương pháp luận dựa trên phương pháp tính tổn thất gần đúng. Sự ảnh hưởng của

dung lượng và vị trí của DG đối với tổn thất trong mạng cũng được kiểm tra chi tiết.

Phương pháp đề xuất đã được thử nghiệm và xác nhận trong ba hệ thống kiểm tra

phân phối với kích thước và độ phức tạp khác nhau. Kết quả thu được từ phương

pháp đề xuất được so sánh với phương pháp tiếp cận dựa trên hệ số độ nhạy tổn thất

(Loss sensitive factor- LSF). Kết quả cho thấy phương pháp tiếp cận dựa trên hệ số

độ nhạy tổn thất có thể không tiềm được vị trí tốt nhất để giảm tổn thất. Phương

pháp đề xuất dẫn đến một giải pháp hoàn toàn tối ưu so với LSF.

Từ khóa: máy phát phân tán, tổn thất, hệ số độ nhạy tổn thất, vị trí, dung lượng,…

iii

ABSTRACT

In the last decade, the penetration of renewable resources is increasing worldwide

encouraged by national and international policies aiming to increase the share of

renewable energy sources. Next to environmental advantages, Distributed

Generation-DG contribute in the application of competitive energy policies,

diversification of energy resources, reduction of on-peak operating cost, deferral of

network upgrades, lower losses and lower transmission and distribution costs, and

potential increase of service quality to the end-customer.

This topic proposes an effective methodology to identify the corresponding

optimum location for DG placement for minimizing the total power losses in

primary distribution systems. The methodology are based on the exact loss formula.

The effect of size and location of DG with respect to loss in the network is also

examined in detail. The proposed methodology was tested and validated in three

distribution test systems with varying size and complexity. Results obtained from

the proposed methodology are compared with that of the loss sensitivity factor

based approach (LSF). Results show that the loss sensitivity factor based approach

may not lead to the best placement. The proposed methodology was leads to a

completely optimal solution as compared with LSF

Keywords: Distributed Generation, losses, Loss sensitive factor, location, size,…

iv

LỜI CAM ĐOAN

Học viên cam đoan kết quả đạt được trong luận văn đề tài “Bài toán xác định dung

lượng và vị trí tối ưu của máy phát phân tán” là sản phẩm nghiên cứu, tìm hiểu của

riêng học viên. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày

hoặc là của cá nhân học viên hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu, các tài

liệu, số liệu trích dẫn được chú thích từ nguồn rõ ràng, đáng tin cậy và kết quả trình

bày trong luận văn là trung thực. Nếu sai học viên xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

với nhà trường.

Tp. HCM, ngày 29 tháng 07 năm 2018

Học viên

Trương Công Bình

v

MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................... v

DANH MỤC HÌNH ẢNH..........................................................................................ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................... x

DANH MỤC VIẾT TẮT ........................................................................................... xi

MỞ ĐẦU..................................................................................................................... 1

1. Đặt vấn đề.......................................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................................... 1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................... 2

4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ...................................................... 3

5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài.............................................................................. 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN................. 4

1.1 Thực trạng sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống trên thế giới......... 4

1.2 Hiện trạng khai thác các nguồn năng lượng tái tạo....................................... 6

1.2.1 Năng lượng mặt trời............................................................................... 6

1.2.2 Năng lượng gió....................................................................................... 8

1.2.3 Năng lượng thủy triều ............................................................................ 9

1.2.4 Năng lượng thủy điện........................................................................... 10

1.2.5 Năng lượng địa nhiệt............................................................................ 13

1.2.6 Năng lượng sinh học ............................................................................ 15

1.2.7 Năng lượng sóng biển .......................................................................... 16

1.3 Xu hướng sử dụng năng lượng trong tương lai........................................... 17

vi

1.3.1 Năng lượng mặt trời............................................................................. 17

1.3.2 Năng lượng gió..................................................................................... 18

1.3.3 Thủy điện nhỏ ...................................................................................... 19

1.3.4 Tiềm năng về khai thác các nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam....... 20

1.4 Động cơ nghiên cứu của luận văn............................................................... 23

1.5 Kết luận ....................................................................................................... 24

CHƯƠNG 2 NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN .......................................................... 26

2.1 Định nghĩa ................................................................................................... 26

2.2 Công nghệ sử dụng trong các nguồn điện phân tán .................................... 26

2.3 Các loại nguồn phân tán.............................................................................. 27

2.4 Đặc điểm vận hành các nguồn phân tán khi kết nối vào lưới điện ............. 28

2.4.1 Kỹ thuật kiểm soát và giám sát ............................................................ 30

2.4.2 Các thành phần công nghệ cao............................................................. 30

2.4.3 Lưu trữ năng lượng .............................................................................. 31

2.5 Kết luận ....................................................................................................... 37

CHƯƠNG 3 BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG VÀ VỊ TRÍ TỐI

ƯU CÁC DG ............................................................................................................. 38

3.1 Giới thiệu..................................................................................................... 38

3.2 Các yêu cầu và biến của bài toán phân bố tối ưu........................................ 39

3.2.1 Các yêu cầu của việc phân bố DG ....................................................... 39

3.2.2 Biến DG................................................................................................ 40

3.2.3 Các biến số tải ...................................................................................... 40

3.3 Các giải thuật............................................................................................... 41

3.3.1 Giải thuật di truyền (Genetic Aalgorithm - GA).................................. 41

3.3.2 Giải thuật tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization – PSO )....... 44

vii

3.3.3 Giải thuật GA/PSO............................................................................... 46

3.3.4 Giải thuật Tích phân cải tiến (Improved analytical - IA)..................... 49

3.3.5 Giải thuật Hệ số độ nhạy tổn thất (Loss sensitive factor- LSF)........... 54

3.3.6 Giải thuật dòng tải lặp lại (Exhaustive Load Flow - ELF)................... 57

3.4 Kết luận ....................................................................................................... 57

CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT GIẢI THUẬT XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG VÀ

VỊ TRÍ TỐI ƯU CÁC DG......................................................................................... 58

4.1 Giới thiệu..................................................................................................... 58

4.2 Phương pháp lặp Newton-Raphson............................................................. 58

4.2.2 Trường hợp hàm có một biến............................................................... 59

4.2.3 Trường hợp hàm có nhiều biến ............................................................ 60

4.2.4 Áp dụng phương pháp Newton-Raphson chạy phân bố công suất

để tính biên độ và góc của điện áp ............................................................................. 61

4.2.5 Các kiểu nút mạng trong hệ thống điện ............................................... 65

4.2.6 Các bước lặp Newton-Raphson............................................................ 66

4.3 Hạn chế của phương pháp hệ số độ nhạy tổn thất (loos sensttive

factor – LSF) .................................................................................................................. 67

4.4 Đề xuất phương pháp .................................................................................. 67

4.4.1 Tổn thất công suất trong hệ thống....................................................... 67

4.4.2 Công suất tối ưu đặt tại một nút........................................................... 68

4.4.3 Phân tích sự ảnh hưởng của hệ số α và β trong việc tối ưu hóa vị

trí và dung lượng của DG........................................................................................... 68

4.4.4 Lưu đồ giải thuật sử dụng phương pháp đề xuất cho nhiều nút........... 73

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ ....................................................................................... 76

5.1 Kết quả hệ thống mạng IEEE 33-nút .......................................................... 77