Đề xuất phương pháp tái cấu hình lưới điện phân phối nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

 . R . I 
 í          +C.  l. t. I+C.  l. t. I 
    
 ∈ ∈ ∈ ∈
  
 +C. ∑  l. t. I + C. ∑  l. t. I + l. t (7)  
 ∈ ∈
   +C  l. t. I − C.  l. t. I 
 Đối với lưới điện kín thì ∑  l. t. I + ∑  l. t. I +
 ∈ ∈  
 ∈ ∈
l. t. I = 0 vì khi có sự cố trên nhánh thì không có 
phụ tải nào mất điện. Vậy ta có [2]: 
   = C.  R( − 2II + I ) 
   
 Fí = C.  R. I + C.  R. I ∈
 
  
 ∈ ∈  
 +C.  R2II + I  − C. R. I 
 +C . R . I 
    (8) 
 Khi mở khóa K , LĐPP ở chế độ hình tia [2]: ∈
 MN 
 
  
  +C. R. I − C. R. I−C.  l. t. I 
 Fở = C.  R. (I − I) 
 
  ∈
 ∈
     
  +C  l . t . I + C . I (  l . t −  l . t ) 
 +C.  R. (I + I) + C.  l. t. (I − I)          
     
 ∈ ∈ ∈ ∈ ∈
 
 +C. ∑  l. t. (I + I) (9)  
 ∈ = C . I    R +  R + R  
 Vận hành LĐPP sao cho chi phí vận hành và chi phí     
  
ngưng cung cấp điện là nhỏ nhất, điều này đồng nghĩa với ∈ ∈
  
làm cho hàm mục tiêu là nhỏ nhất F. 
 LĐPP kín, vừa có tổn thất công suất, tổn thất năng +2. C. I(  R. I −  R. I + R. I) 
lượng bé hơn cũng như chi phí đền bù điện năng thấp hơn  
 ∈ ∈
LĐPP hình tia nên nếu giá trị DF = Fở − Fí của LĐPP hở  
nào so với LĐPP kín có giá trị bé nhất thì LĐPP hở đấy có 
 +C(  l. t. I +  l. t. I) 
hàm F bé nhất.  
 So sánh hàm mục tiêu của LĐPP khi vận hành kín và vận ∈ ∈
  
hành hình tia: 
 +C. I (  l. t −  l. t) 
 DF = Fở − Fí= 
    
 ∈ ∈
  
 = C.  R. (I + I) + C.  R. (I − I) Xét lưới thuần trở nên theo định luật K2: 
    
 ∈ ∈
    R. I −  R. I + R. I = 0 
 +C .  l . t . (I + I ) + C .  l . t . (I − I )  
           ∈ ∈
    
 ∈ ∈ Và: R = ∑  R + ∑  R + R: tổng điện trở 
   ∈ ∈
    các nhánh trong lưới điện kín. 
 − C.  R. I − C.  R. I − C. R. I 
   Ta được: 
 ∈ ∈   
  DF = C. I . R + C(∑  l. t. I + ∑  l. t. I) 
   ∈ ∈
 = C.  R( I − 2II + I )  
 +C. I (∑  l. t − ∑  l. t) (10) 
  ∈ ∈
 ∈
  
 Để DF bé nhất, lấy đạo hàm DF theo I ta được: 
   
 +C .  R (I + 2I I + I ) − C .  R . I D  
          = 2. C . I . R + C (∑ l . t − ∑ l . t ) (11) 
           
    ∈ ∈
 ∈ ∈
 Cho đạo hàm bằng 0: 
 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 5
 KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 
 ∂DF Giải thuật đổi nhánh được đề xuất lần đầu tiên do 
 = 0 Civalar [6] đề xuất năm 1998 dùng để xác định cấu hình 
 ∂I
   LĐPP hở có tổn thất công suất bé nhất. Trong nội dung 
 Û 2. C. I. R + C (∑  l. t − ∑  l. t) = 0 (12) 
 ∈ ∈ này, chúng tôi đề xuất áp dụng hàm mục tiêu là hàm F thay 
   cho hàm tổn thất công suất, xác định khóa mở MN2 để mức 
  (∑  l.∑  l.) 
 ∈ ∈ D
 Þ I = − (13) giảm F của hàm mục tiêu F theo biểu thức (14) là lớn nhất 
 . có thể, từ đó giảm số lần lặp trong một vòng khảo sát. 
 Nhận xét: Sơ đồ giải thuật đổi nhánh được trình bày tại hình 2. 
 Biểu thức (10) cho thấy nếu không xét đến độ tin cậy 3. VÍ DỤ KIỂM CHỨNG 
 cung cấp điện (C2 = 0) thì DF tỷ lệ thuận với tổn thất công 
 suất tác dụng. Nói cách khác tổn thất công suất của LĐPP 3.1. Lưới điện phân phối 1 vòng 
 hở bé nhất khi mở khóa có dòng điện kín INM bé nhất Để kiểm tra độ chính xác của giải thuật đề xuất, một ví 
 Việc chỉ ra giá dòng điện I trên LĐPP kín có giá trị gần dụ khảo sát trên LĐPP có một khỏa điện mở và 7 nút tải 
 MN như hình 3, để LĐPP này trở thành LĐPP hở, cần phải mở 
 đúng theo (13) để DF bé nhất sẽ gặp khó khăn hơn việc sử 
 D một trong khóa điện Si (i = 1...7). 
 dụng biểu thức (11) để tìm giá trị   bé nhất 
  2 S2 3 S3 4
 2.2. So sánh giá trị hàm F của 2 LĐPP hở 1 S1
 Để làm giảm giá trị hàm F khi vận hành LĐPP hở, chúng S4
 ta cần so sánh hai trạng thái LĐPP hở thức nhất (mở khóa s
   7 S6 6 S5 5
 MN1, có Fở ) và LĐPP hở thứ hai (mở khóa MN2, có Fở ). S7
 Việc này có thể giải quyết khá đơn giản bằng cách xét độ 
 ∗   Hình 3. Sơ đồ lưới điện 7 nút 
 chênh lệch hàm DF = Fở − Fở thông qua biểu thức 
 (10). LĐPP có các thông số phụ tải (P,Q), tổng trở nhánh (ro, 
 L), tần suất sự cố và thời gian khôi phục sự cố (t) lần lượt 
 DF∗ = F − F = F − F + F − F 
 ở ở ở í í ở cho tại các bảng 1 và 2. 
 = F − F  − F − F  = DF − DF (14) 
 ở í ở í Bảng 1. Bảng giá trị phụ tải lưới điện 7 nút 
 2.3. Giải thuật đổi nhánh cải tiến 
 Nút 1 2 3 4 5 6 7 
 Bắt đầu
 P (kW) 0 300 600 300 300 300 300 
 Nhập cấu hình lưới điện hiện hữu và các Q (kVar) 0 150 300 150 150 150 150 
 thông số liên quan. LĐPP có N khóa mở
 Bảng 2. Bảng giá trị r0, tần suất sự cố l, chiều dài đường dây nhánh, thời 
 gian sửa chữa 
 Xác định tập {S} có N khoá mở
 Nhánh 1-2 2-3 3-4 4-5 
 i=1 Zo (/km) 0,1+0,35j 0,1+0,35j 0,1+0,35j 0,1+0,35j 
 1. Đóng khoá mở Si, tạo thành 01 vòng kín trong lưới điện. l (lần/mùa) 0,5 0,5 0,5 0,1 
 2. Xác định nhánh MNi thoả mãn biểu thức (13).
 3. Xác định khóa Ki tương ứng L chiều dài (km) 1 1 1 1 
 4. Xác định mức giảm DFi* của hàm mục tiêu theo biểu thức (14)
 5. Gán giá trị DFi* vào tập {DF} có N phần tử t (h) 1 1 1 1 
 6. i:=i+1
 Nhánh 5-6 6-7 7-1 
 0,1+0,35j 0,1+0,35j 0,1+0,35j 
 Yes Zo (/km) 
 i N
 l (lần/mùa) 0,1 0,1 0,1 
 No
 L chiều dài (km) 1 1 1 
 1. Gán DFmax* = max (DFi*)trong tập {DF}
 2. Chọn khoá mở mới Ki tương ứng. t (h) 1 1 1 
 Giá trị hàm F tính theo (9) khi lần lượt mở các khóa điện 
 No
 Thay thế khoá Si bằng Si (i = 1...7) được mô tả tại bằng 4 với C = 0,1$/kW, 
 DFmax* = 0 1
 khoá Ki trong tập {S}
 C2 = 1,0$/kWh. 
 Yes
 Bảng 3. Bảng giá trị hàm mục tiêu theo biểu thức (4) 
 Cấu hình trong tập 
 {S} là tốt nhất Nhánh 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-1 
 Khóa mở S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 
 Kết thúc
 F ($) 608,7 337,4 201,9 202,9 261,1 353,3 479,2 
 Hình 2. Lưu đồ thuật toán của phương pháp đề xuất DP (W) 4723,3 2290,2 1216,7 1192,9 1509,9 2167 3160,9 
6 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 3 (6/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 
 P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
 I kín (A) 71,3 40,1 8,8 6,7 22,3 37,9 53,4 Bảng 4. Bảng so sánh kết quả trước và sau khi tái cấu hình lưới điện 33 nút 
 D
   (15) 11,2 6,0 1,6 1,8 4,2 6,6 9,0 Cấu hình Chi phí vận hành Tổn thất điện năng 
  Khóa mở 
 D lưới điện theo mùa ($/mùa) (kWh) 
 Giá trị dòng điện nhánh trên LĐPP kín và giá trị   
 
tính theo (15) được trình bày tại bảng 3. Giá trị dòng điện TH1: 306,190 S33, S34, S35, S36, 
 Ban đầu 900,320 
của LĐPP kín trên nhánh 4-5 có giá trị bé nhất nên LĐPP hở TH2: 354,750 S37 
mở nhánh 4-5 sẽ có tổn thất công suất thấp nhất nhưng lúc 
 D Tái cấu TH1: 228,740 S7, S10, S14, 
này giá trị hàm F không phải bé nhất. Giá trị   có giá trị 607,770 
  hình TH2: 295,134 S28, S32 
bé nhất tại nhánh 3-4, theo nhận xét tại mục 2.1, khi mở Như vậy, sau khi tái cấu hình thì có thể giảm chi phí vận 
khóa điện 3-4, LĐPP hở sẽ có hàm mục tiêu F bé nhất, kết hành và nâng cao độ tin cậy của lưới điện. Kết quả tính 
quả này trùng với kết quả tính hàm F trực tiếp tại bảng 3. toán được so sánh với GSA [4] được trình bày trong bảng 5. 
Điều này cho thấy tính chính xác của mô hình toán đề xuất. 
 Bảng 5. Bảng so sánh kết quả sau khi tái cấu hình lưới điện 33 nút với GSA [4] 
3.2. Khảo sát mô phỏng lưới điện 33 nút 
 Cấu hình Chi phí vận hành Tổn thất điện 
 Thực hiện khảo sát lưới điện 33 nút tiêu chuẩn, với 1 Khóa mở 
nguồn và 32 phụ tải, tổng công suất phụ tải là 3,72MW, 37 lưới điện theo mùa ($/mùa) năng (kWh) 
nhánh, 32 khóa điện thường đóng và 5 khóa điện thường Trường hợp 1 
mở (hình 4). Phương pháp S7, S10, S14, 
 228,740 607,770 
 Cấu hình lưới điện 33 nút với các khóa mở ban đầu là: đề nghị S28, S32 
S33, S34, S35, S36 và S37. 
 S7, S10, S14, 
 23 24 25 GSA [4] 228,740 607,770 
 S23 S24 S37 S28, S32 
 26 27 28 29 30 31 32 33
 Trường hợp 2 
 S22 S26 S27 S28 S29 S30 S31 S32 S36
 S25 Phương pháp S7, S10, S14, 
 S34
 1 295,134 607,770 
 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 đề nghị S28, S32 
 s
 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S10, S14, S28, 
 S18 S33 GSA [4] 310,390 654,290 
 19 20 21 22 S33, S36 
 S19 S20 S21 S35 Từ bảng 5, nhận thấy rằng sau khi tái cấu hình lưới 33 
 Hình 4. Lưới điện phân phối 33 nút nút trong trường hợp 1: phương pháp đề nghị và GSA [4] 
 Xét lưới điện với 2 trường hợp: có khóa mở giống nhau, hàm mục tiêu và tổn thất điện 
 năng của phương pháp đề nghị bằng với GSA [4]. Trường 
 Trường hợp 1: khảo sát LĐPP 33 nút ban đầu trong 
 hợp 2, về cấu hình hai phương pháp khác nhau ở khóa mở: 
mùa nắng với giả sử rằng tần suất sự cố trên đường dây của 
 phương pháp đề nghị (S7, S32) và GSA [4] (S33, S36), còn 
các nhánh là như nhau l = 0,1 lần/mùa và thời gian sửa 
 hàm mục tiêu, tổn thất điện năng của phương pháp đề 
chữa trên đường dây các nhánh của lưới điện là bằng nhau 
 nghị nhỏ hơn so với GSA [4]. Từ đó, có thể thấy phương 
t = 10 giờ, các phụ tải có mức độ quan trọng như nhau. Chi 
 pháp đề nghị có cấu hình tốt hơn GSA [4], vì phương pháp 
phí vận hành lưới điện là F = 306,190$. 
 đề nghị tính theo công suất trung bình nên cấu hình trong 
 Trường hợp 2: khảo sát LĐPP 33 nút ban đầu trong hai trường hợp không thay đổi, trong khi GSA [4] tính theo 
mùa mưa với giả sử rằng tần suất sự cố trên đường dây của công suất cực đại nên cấu hình thay đổi. 
 l
các nhánh 8 - 21, 15 - 9, 22 - 12 là như nhau = 0,2 lần/mùa, 4. KẾT LUẬN 
tần suất sự cố trên đường dây của nhánh 6 - 26 là l = 0,3 
lần/mùa, tần suất sự cố trên đường dây của nhánh 3 - 23 là Lưới điện phân phối thường được vận hành ở điện áp 
 thấp, dòng điện lớn nên thường có tổn thất công suất lớn, 
l = 0,4 lần/mùa, tần suất sự cố trên đường dây của nhánh 
 vì vậy chi phí vận hành cao. Đồng thời LĐPP cung cấp điện 
2 - 19 là l = 0,5 lần/mùa, tần suất sự cố trên đường dây của 
 trực tiếp đến các phụ tải nên đòi hỏi độ tin cậy cung điện 
các nhánh còn lại là như nhau l = 0,1 lần/mùa và thời gian 
 cao. Từ đó đặt ra yêu cầu phải vận hành LĐPP với chi chí 
sửa chữa trên đường dây các nhánh của lưới điện là bằng 
 thấp và độ tin cậy cung cấp điện cao. Với mục tiêu đó, 
nhau t = 10 giờ, các phụ tải có mức độ quan trọng như 
 nghiên cứu đã đề xuất phương pháp tái cấu hình LĐPP là 
nhau. Chi phí vận hành lưới điện là F = 354,750$. 
 thay đổi trạng thái các khóa điện sao cho LĐPP được vận 
 Sau khi tái cấu hình thì lưới điện 33 nút ta có bảng so hành hình tia có chi phí vận hành thấp nhất và độ tin cậy 
sánh kết quả như bảng 4. cung cấp điện được nâng cao. Phương pháp đã được áp 
 Từ bảng 4 cho biết rằng, sau khi tái cấu hình lưới điện thì dụng để tái cấu hình lưới điện 7 nút, 33 nút tiêu chuẩn. Từ 
chi phí vận hành và ngưng cung cấp điện trong trường hợp kết quả đã đạt được có thể rút ra được một số kết luận như 
1, 2 giảm 14,5% và tổn thất điện năng cũng giảm gần 20%. sau: Phương pháp thực hiện đơn giản, kết quả là tái cấu 
 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 57 - No. 3 (June 2021) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 7
 KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 
 hình được LĐPP với chi phí vận hành thấp và độ tin cậy cao. 
 Có thể áp dụng để tái cấu hình cho các LĐPP thực tế. AUTHORS INFORMATION 
 Truong Viet Anh1, Nguyen Tung Linh2 
 1Ho Chi Minh City University of Technology and Education 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 2Electric Power University 
 [1]. Tran Dinh Long, 19993. Quy hoach phat trien nang luong va dien luc. 
 Science and Technics Publishing House, Hanoi. 
 [2]. Nguyen Hoang Viet, 2004. Danh gia do tin cay trong he thong dien. 
 Vietnam National University Ho Chi Minh City Press. 
 [3]. Truong Viet Anh, 2014. Cac giai thuat tai cau hinh luoi dien phan phoi. 
 Vietnam National University Ho Chi Minh City Press.. 
 [4]. Truong Ngoc Thao, 2014. Tai cau hinh luoi dien phan phoi dung giai thuat 
 toi uu trong trong truong GSA. 
 [5]. Broadwater R. P., P. A. Dolloff, T. L. Herdman, R. Karamikhova, A. 
 Sargent, 1996. Minimum Loss Optimization in Distribution Systems: Discrete Ascent 
 Optimal Programming. Electric Power Systems Research, vol. 36, pp. 113-121. 
 [6]. S. Civanlar, J.J. Grainger, H. Yin, S.S.H. Lee, 1998. Distribution feeder 
 reconfiguration for loss reduction. IEEE Transactions on power Delivery, Vol. 3, No. 
 3, pp. 1217-1223. 
 [7]. Merlin A., Back H., 1975. Search for a Minimal-Loss Operating Spaning 
 Tree Configuration in Urban Power Distribution Systems. Proc. Of. 5th Power 
 System Comp. Con., Cambridge, U.K. 
 [8]. Shirmohammadi D., H. W. Hong, 1989. Reconfiguration of Electric 
 Distribution for Resistive Line Loss Reduction. IEEE Transactions on Power Delivery, 
 4-2, pp. 1492-1498. 
 [9]. Peng Wang, R. Billiton, 2002. Reliability cost/worth assessment of 
 distribution systems incorporating time-varying weather conditions and restoration 
 resources. IEEE Transactions on Power Delivery, Volume 17, Issue 1, Page 260 - 
 265. 
 [10]. J.Z. Zhu, 2002. Optimal reconfiguration of electrical distribution network 
 using the refined genetic algorithm. Electric Power Systems Research, Volume 62, 
 page 37 – 42. 
 [11]. Esmat Rashedi, Hossein Nezamabadi-pour, Saeid Saryazdi, 2009. GSA: 
 A Gravitational Search Algorithm. Information Sciences 179, 2232-2248. 
 [12]. R. Srinivasa Rao, S.V.L. Narasimham, M. Ramalingaraju, 2008. 
 Optimization of Distribution Network Configuration for Loss Reduction Using 
 Artificial Bee Colony Algorithm. Word Academy of Science, engineering and 
 technology, 45. 
 [13]. S. Chaitusaney, A. Yokoyama, 2006. Reliability Analysis of Distribution 
 System with Distributed Generation Considering Loss of Protection Coordination. 
 9th International Conference on Probabilistic Methods Applied to Power Systems 
 KTH, Stockholm, Sweden. 
 [14]. Abdullah M. Alshehr, 2007. Optimal Reconfiguration of Distribution 
 Networks Using Ant Colony Method. King Saud University College of Engineering 
 Electrical Engineering Department. 
 [15]. Kwang Y. Lee, Mohamed A. El-Sharkawi, 2008. Modern Heuristic 
 Optimization Techniques Theory and applycation to Power systems. Power 
 engineering. 
 [16]. RoyBillinton, Ronald N. Allan, 1996. Reliability Evaluation of Power 
 Systems. Pitman Books. 
8 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 57 - Số 3 (6/2021) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn