Xác định vị trí của DG trên lưới điện phân phối để giảm chi phí vận hành

Nội dung text: Xác định vị trí của DG trên lưới điện phân phối để giảm chi phí vận hành

1. XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CỦA DG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐỂ GIẢM CHI PHÍ VẬN HÀNH DETERMINING LOCATION OF DISTRIBUTED GENERATOR FOR REDUCTION OPERATION COST Nguyen Xuân Ngọ1, Trương Việt Anh2 1Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Bài báo trình bày phương pháp tối ưu vị trí và công suất máy phát điện phân tán (DG) trên lưới điện phân phối sử dụng giải thuật di truyền Genetic (GA). Hàm Mục tiêu chính của bài toán là giảm chi phí tổn thất công suất tác dụng, chi phí mua điện từ hệ thống và DG và chi phí bồi thường do ngừngcung cấp điện. Để đánh giá hiệu quả của giải thuật, lưới điện phân phối 21 nút được sử dụng để tính toán. Kết quả mô phỏng đã chứng tỏ rằng giải thuật và phương đề xuất đã tìm ra vị trí và dung lượng DG phù hợp để giảm chi phí vận hành. Từ khóa: máy phát điện phân tán,giải thuật di truyền, tổn thất công suất, vị trí DG. ABSTRACT This paper presents a optimization loacation and sizes of distributed generator methodology based on a genetic algorithm (GA). The main objective of the problem is to reduce the cost of active power losses and power purchase costs and compensation costs due to power outages. To evaluate algorithms, 21-nodes networks are simulated. The simulation results proved that the proposed algorithm and found the location and capacity of DG to reduce operating costs. Keywords:distributed generator, genetic algorithm, power loss, loacation of DG. 1. GIỚI THIỆU Bài báo này sử dụng giải thuật di truyền Máy phát điện phân tán (DG) là máy (GA) để tìm vị trí lắp đặt và công suất vận phát điện nhỏ được nối trực tiếp vào lưới hành tối ưu của DG trên lưới điện phân phối điện phân phối hoặc cung cấp trực tiếp cho nhằm giảm chi phí mưa điện, chi phí tổn thất khách hàng [1]. Trong những năm gần đây, công suất và có tính đến chi phí bồi thường sự phát triển mạnh mẽ của nguồn năng lượng do ngừng cung cấp điện. tái tạo dẫn đến sự quan tâm đến ảnh hưởng 2. HÀM MỤC TIÊU BÀI TOÁN của nguồn phân tán thu hút được nhiều sự 2.1 Hàm mục tiêu quan tâm của các nhà nghiên cứu [2], [3], [4]. Khách hàng sử dụng DG để giảm bớt gánh Hàm mục tiêu bài toán tối ưu vị trí và nặng công suất vào giờ cao điểm, giảm tổn công suất lắp đặt DG bao gồm ba thành hao đường dây, cải thiện chất lượng điện phần: năng, tăng cường độ tin cậy và thân thiện với Chi phí tổn thất công suất tác dụng: môi trường. Nhà cung cấp sử dụng DG để M giảm áp lực về đầu tư cải tạo lưới điện, giảm (1) Closs C pT Ploss( j) chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành và các j 1 yêu cầu dự phòng. Ngoài ra, DG còn giúp Trong đó, Ploss tổn thất công suất tác dụng cung cấp điện cho một số vùng độc lập khi của phụ tải thứ j (kW). có sự cố xảy ra trên hệ thống.
2. Chi phí mua điện bao gồm chi phí mua mang tính tối ưu. Nguyên lý hoạt động của điện từ DG và hệ thống: GA gồm có chọn lọc, ghép chéo và đột biến N N [5]. Các bước áp dụng GA vào bài toán tối ưu vị trí và công suât DG được mô tả như Coper = Cht. ∑ Pht,i + Cdg. T ∑ Pdg,i i=1 i=2 sau: (2) Bước 1: Khởi tạo quần thể nhiễm sắc thể (NST). Mỗi NST có dạng: Trong đó, Cht chi phí mua điện từ hệ thống (đồng/kWh), CdgChi phí mua điện từ DG NST = [vị trídg, Pdg, Qdg] (8) (đồng/kWh), P công suất tác dụng cung cấp ht Bước 2: Đánh giá NST sử dụng hàm từ hệ thống (kW), P công suất tác dụng dg mục tiêu (4) thông qua giải bài toán phân bố bơm từ DG (kW), N số nút của hệ thống điện, công suất và tính toán các hàm mục tiêu T chu kỳ khảo sát (giờ). thành phần. Chi phí gián đoạn do ngừng cung cấp Bước 3: Thực hiện quá trình chọn lọc điện: các NST tốt N Bướ 4: Lai ghép các NST được chọn lọc Cint CintTint i (Pload(i) PDG(i) ) (3) i 2 nhằm tạo ra các NST mới VớiCintchi phí bồi thường (đồng/kWh), Bước 5: Thực hiện đột biến với xác suất cho trước để tạo ra các NST mới i hệ số mất điện của phụ tải thứi (h), Pload(i)công suất tác dụng của phụ tải thứ i Quá trình được lặp lại bước 2 liên tục (kW). cho đến khi số thế hệ xác định ban đầu đạt được. Lưu đồ thuật toán được trình bày trong Hàm mục tiêu của bài toán cần tối ưu có hình 1. dạng: Bắt đầu fitness = min(Coper + Cint + Closs) (4) 2.2 Các điều kiện ràng buộc Khởi tạo/lựa chọn các thông số cho quá trình tính toán Khi lắp đặt DG trên lưới điện phân phối Khởi tạo quần thể ban đầu cần chú trọng các ràng buộc điện áp và công Đánh giá các nhiễm sắc thể bằng hàm thích nghi suất DG trong phạm vi cho phép: Thực hiện quá trình chọn lọc DG min DG max P Pdg P (5) Thực hiện quá trình di truyền thông qua các cơ chế lai QDG min Q QDG max ghép và đột biến dg (6) min max Đánh giá các nhiễm sắc thể bằng hàm thích nghi Vl Vli Vl (7) Đúng Vòng lặp =Vòng lặp + 1 Vòng lặp <= Vòng lặp Ngoài ra hệ thống cần đảm bảo các điều max Sai kiện ràng buộc về cân bằng công suất. Xuất kết quả 3. ÁP DỤNG GIẢI THUẬT GA Kết thúc Thuật toán GA hình thành dựa trên quan Hình 1.Lưu đồ thuật toán GA niệm cho rằng quá trình tiến hoá tự nhiên là quá trình hoàn hảo và hợp lý nhất và tự nó đã 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
3. Để áp dụng thuật toán GA vào bài toán 10 11 0.277 0.562 1.1+0.9j tối ưu vị trí và công suất DG, công cụ 3 12 0.291 0.592 0.8+0.5j Optimization Tool trong phần mềm Matlab 12 13 0.335 0.681 0.9+0.6j được sử dụng để đánh giá phương pháp đề 13 14 0.247 0.503 1+0.7j xuất và kết quả được thực hiện trên lưới điện 12 15 0.262 0.533 1.1+0.8j phân phối 22 kV bao gồm 21 nút phụ tải tập 15 16 0.320 0.651 1.2+0.7j trung.Thông số đường dây và phụ tải được 16 17 0.291 0.592 1.3+0.8j trình bày trong bảng 1. Hình 2 trình bày sơ 5 18 0.218 0.444 0.8+0.5j đồ đơn tuyến của hệ thống.Hệ số cắt tải và thời gian cắt tải trong 1 năm tại các nút phụ 18 19 0.379 0.769 0.9+0.7j tải được giả thiết là bằng nhau và có giá trị 19 20 0.204 0.414 0.7+0.5j lần lượt là 0.013 và 12 giờ. 20 21 0.364 0.740 1.4+0.9j Kết quả đánh giá được thực hiện trong 2 4.1. Trường hợp 1 (TH1) trường hợp: Giả sử: Cht = 1500đồng/kWh, Cdg = Trường hợp 1: Đơn giá mua điện DG 1200 đồng/ kWh, Cint = 2000 đồng/kWh và thấp hơn đơn giá hệ thống. Pdgmax: 10MW. Sau khi thực hiện giải thuật tìm được vị trí đặt DG tối ưu tại nút 5 và Trường hợp 2: Đơn giá mua điện DG công suất DG là 10 + j7.7174 (MVA). Kết cao hơn đơn giá hệ thống. quả so sánh chí phí (triệu đồng)và tổn thất công suất (kW) trước và sau lắp đặt DG được cho trong bảng 2.Trước khi thực hiện lắp đặt DG có tổn thất công suất là 525.8kW và tổng chi phí cho hệ thống bao gồm chi phí mua điện, chi phí tổn thất và chi phí bồi thường là: 315,407.205 triệu đồng. Sau khi kết nối DG vào hệ thống tổn thất công suất trên hệ thống là 148.74 kW tương ứng với 71.7% tổn thất đã được giảm và tổng chi phí cho hệ thống là 276,485.074triệu đồng tương ứng với 12.34%. Hình 2.Lưới điện kiểm tra Đặc tuyến hội tụ và thông số tối ưu nhất Bảng 1.Thông số lưới điện của DG được trình bày trong hình 3. Trong From To R (  ) X (  ) S (MVA) đó, giải thuật hội tụ sau khoảng 25 vòng lặp 1 2 0.066 0.133 0.7+0.4j với các thông số cá thể ban đầu (N) của thuật 2 3 0.291 0.592 0.8+0.5j toán là 40, điều kiện dừng chương trình là 3 4 0.335 0.681 0.9+0.6j sau 300 vòng lặp hoặc sự thay đổi trung bình 4 5 0.306 0.621 1+0.7j của giá trị hàm mục tiêu nhỏ hơn 10-6. Điện 5 6 0.320 0.655 0.8+0.6j áp các nút trước và sau khi lắp đặt DG được 6 7 0.262 0.533 0.9+0.7j trình bày ở hình 4. Có thể thấy rằng sau khi 7 8 0.349 0.710 1+0.6j đặt DG điện áp các nút đều được cải thiện 2 9 0.291 0.592 0.7+0.4j đáng kể. 9 10 0.306 0.621 1+0.8j Bảng 2.So sánh chi phí trường hợp 1
4. Ban đầu DG Giảm hệ thống là 354.02 kW tương ứng với % 32.67% tổn thất đã được giảm và tổng chi ΔP 525.8 148.74 71.7 phí cho hệ thống là 309,519.263triệu đồng Coper 256,568.962 225,334.457 12.17 tương ứng với 1.87%. Đặc tuyến hội tụ và Closs 6,908.963 1,954.457 71.7 thông số tối ưu nhất của DG được trình bày Cint 51,929.280 49,196.160 5.26 trong hình 5. Điện áp các nút trước và sau Csum 315,407.205 276,485.074 12.34 khi đặt DG được cho ở hình 6. Từ hình vẽ cho thấy khi lắp đặt DG điện áp các nút đã 11 x 10 Gia tri ham muc tieu tot nhat 2.76485e+11 được cải thiện nhưng không tốt hơn so với 2.79 GA trường hợp thứ nhất vì nguồn công suất DG 2.78 huy động nhỏ hơn nhiều. 2.77 Gia tri ham muc tieu muc ham tri Gia Bảng 3.So sánh chi phí trường hợp 2 2.76 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vong lap Ban đầu DG Giảm 10 % 8 ΔP 525.8 354.02 32.67 6 4 Coper 256,568.962 256,764.575 -0.076 Gia tri ca bien ca tri Gia 2 Closs 6,908.963 4,651.775 32.67 0 1 2 3 Cint 51,929.280 48,102.912 7.37 So bien (3): Vi tri, P, Q Csum 315,407.205 309,519.263 1.87 Hình 3.Đặc tuyến hội tụ và thông số DG 11 x 10 Gia tri ham muc tieu tot nhat: 3.09519e+11 3.115 tối ưu trong TH 1 GA 3.11 1 3.105 0.99 3.1 Gia tri ham muc tieu muc ham tri Gia 3.095 0.98 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vong lap 0.97 30 0.96 20 Dien ap (p.u.) apDien 0.95 10 0.94 Lap dat DG (TH1) bien cac tri Gia 0 Ban dau 1 2 3 0.93 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 So bien (3): Vi tri, P, Q Nút Hình 4. Điện áp các nút trước và sau khi đặt Hình 5.Đặc tuyến hội tụ và thông số DG tối ưu trong TH 2 DG (TH1) 1 Ban dau Lap DG (TH2) 0.99 4.2. Trường hợp 2 (TH2) Lap dat DG (TH1) 0.98 Khiđơn giá DG được tăng lên Cdg = 1700 0.97 đồng/ kWh và các đơn giá khác được cố định 0.96 như trường hợp 1. Khi thực hiện giải thuật đề (p.u.) apDien 0.95 xuất, kết quả tìm được vị trí đặt DG tối ưu tại 0.94 nút 21 và công suất DG là 1.4 +j4.5454 0.93 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 (MVA).Kết quả so sánh chí phí (triệu đồng) Nút và tổn thất công suất (kW) trước và sau lắp Hình 6.Điện áp các nút trước và sau khi đặt đặt DG được cho trong bảng 3. Sau khi kết DG (TH2) nối DG vào hệ thống tổn thất công suất trên Như vậy, trong trường hợp 1 khi đơn giá
5. mua điện từ DG thấp hơn mua điện từ hệ trường hợp này là 10MW. thống. Hệ thống sẽ huy động tối đa công suất 5. KẾT LUẬN của DG vào lưới nhằm giảm chí phí tổn thất công suất và chi phí bồi thường cho khách Trong bài báo này thuật toán di truyền hàng khi bị ngưng cung cấp điện. Đây là hai đã được áp dụng thành công vào bài toán tối ưu điểm lớn nhất của nguồn điện phân tán là ưu vị trí và công suất DG sử dụng công cụ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm optimazation tool của phần mềm matlab với tổn thất công suất. hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí trong hệ thống điện bao gồm chi phí mua điện, chi phí Trong khi đó ở trường hợp 2, khi đơn giá tổn thất và chi phí ngừng cung cấp điện. Kết DG cao hơn đơn giá hệ thống vì những lý do quả đạt được bằng thuật toán đề nghị đã chỉ liên quan đến loại nguồn phân tán. Hệ thống ra được vị trí phù hợp để lắp đặt DG và lựa vẫn cố gắng tận dụng DG để giảm tổn thất và chọn công suất phát phù hợp. nâng cao độ tin cậy, nhưng rõ ràng là nguồn công suất huy động lên lưới rất hạn chế 1.4 MW trong khi giới hạn nguồn DG trong TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P. S. Georgilakis, S. Member, and N. D. Hatziargyriou, “Optimal Distributed Generation Placement in Power Distribution Networks : Models , Methods , and Future Research,” IEEE Trans. Power Syst., vol. 28, no. 3, pp. 3420–3428, 2013. [2] N. Kanwar, N. Gupta, K. R. Niazi, and A. Swarnkar, “Improved meta-heuristic techniques for simultaneous capacitor and DG allocation in radial distribution networks,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 73, pp. 653–664, 2015. [3] H. R. Esmaeilian, O. Darijany, and M. Mohammadian, “Optimal placement and sizing of DGs and capacitors simultaneously in radial distribution networks based on voltage stability security margin,” Turkish J. Electr. Eng. Comput. Sci., pp. 1–30, 2012. [4] V. V. S. N. Murty and A. Kumar, “Optimal placement of DG in radial distribution systems based on new voltage stability index under load growth,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 69, pp. 246–256, 2015. [5] D. Goldberg, “Genetic Algorithms in Optimization and Machine Learning”, Addison Wesley, NewYork, 1989 [6] Lê Kim Hùng, Lê Thái Thanh “Tối ưu hóa vị trí đặt và công suất phát của nguồn phân tán trên mô hình lưới điện phân phối 22kv”, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng - số 2(25).2008
6. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ tên: Nguyễn Xuân Ngọ Đơn vị: Công ty Cổ phần Điện lực Dầu khí Nhơn Trạch 2 Điện thoại: 0933617668 Email: Nguyenxuanngo.pvpnt2@gmail.com
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.