Nâng cao hiệu quả sử dụng của các thiết bị tự đóng lại trên lưới điện phân phối

PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 413 
NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG CỦA CÁC THIẾT BỊ 
TỰ ĐÓNG LẠI TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 
Enhance utilization of existing auto recloser 
devices in power distribution system 
Đặng Diệu Hương, Nguyễn Xuân Tùng, 
Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Đoàn Khuê 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Tóm tắt: Độ tin cậy là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về chất lượng 
điện năng trong lưới điện phân phối. Trong các hệ thống điện hiện đại thì độ tin cậy 
cung cấp điện ngày càng được xem trọng bởi việc cải thiện độ tin cậy cung cấp điện 
làm giảm nhẹ đáng kể thiệt hại của nền kinh tế do ngừng cung cấp điện, cải thiện chất 
lượng sản phẩm trong các lĩnh vực. Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện có thể có 
nhiều giải pháp khác nhau từ khâu thiết kế qui hoạch đến vận hành, bảo dưỡng trang 
thiết bị. Thuật toán tìm vị trí tối ưu của thiết bị tự đóng lại có xét tới cả ảnh hưởng của 
đồ thị phụ tải, tuy nhiên mới xét ở mức độ đơn giản. Thuật toán tìm vị trí tối ưu đã 
được kiểm chứng tính hiệu quả với một lưới điện phân phối cụ thể thông qua mô 
phỏng. 
Từ khóa: Nâng cao độ tin cậy; Tối ưu vị trí đặt máy cắt tự đóng lại; Lưới điện phân 
phối; Giải thuật di truyền; Tự đóng lại. 
Abstract: Reliability is one of the important criteria for evaluating the quality of power 
in distribution grid. In modern power systems, the reliability of power supply is 
increasingly being taken into account by improving the reliability of power supply, 
which greatly alleviates the damage to the economy by discontinuing power supply, 
improving quality products in the fields. In order to improve the reliability of power 
supply there may be many different solutions from planning to planning and 
maintenance.The algorithm of finding the optimum position of the recloser device 
takes into account both the effects of the load graph, however, on a simpler level. The 
optimal position finding algorithm has been proven effective with a specific 
distribution grid through simulation. 
Key words: Reliability improvement; Optimum reclosers placement; Distribution 
networks; Genetic algorithm; Recloser. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Nâng cao độ tin cậy là mục tiêu quan trọng đối với lưới phân phối. Việc sử dụng 
các thiết bị tự đóng lại (TĐL) hay dao phân đoạn tự động (DPĐTĐ) là giải pháp tốt để 
giảm số lần mất điện cũng như giảm thời gian tìm và cách ly sự cố. Do giá thành các 
thiết bị rất cao nên để tối ưu về bài kinh tế vừa đảm bảo yêu cầu kĩ thuật thì cần giải 
quyết bài toán: tối ưu vị trí đặt của các thiết bị TĐL hay DPĐTĐ. Và để xét mức độ ảnh 
414 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
hưởng của sự cố trên lưới, cần tính được chỉ số năng lượng không cung cấp được của hệ 
thống (ENS), vì thế hàm mục tiêu của bài toán là giá trị nhỏ nhất của ENS. Trong những 
năm vừa qua, đã có một số nghiên cứu liên quan về bài toán xác định vị trí tối ưu của 
các thiết bị đóng cắt trên lưới phân phối. 
Tài liệu [1] trình bày thuật toán chọn lựa vị trí tối ưu đặt tự đóng lại (TĐL). Tuy 
nhiên, lưới nghiên cứu khá phức tạp và khó kiểm chứng kết quả. 
Vấn đề vị trí đặt của máy cắt trong lưới phân phối hình tia thuộc về bài toán tổ 
hợp của các vấn đề tối ưu [2]. 
Tài liệu [3] mô phỏng trên lưới điện phân phối điển hình hình tia 50 nút với hàm 
mục tiêu nhằm các hàm chi phí cho lượng điện năng ngừng cung cấp (ENS), chi phí 
vòng đời của thiết bị và chi phí bảo dưỡng các thiết bị sử dụng giải thuật bầy đàn và mô 
phỏng Monte Carlo để giải bài toán đặt vị trí tối ưu máy cắt và dao cách ly phân đoạn. 
Tài liệu [4] sử dụng giải thuật tiến hóa để giải quyết bài toán đặt máy cắt tối ưu. 
Tuy nhiên, thuật toán có sử dụng nhiều số liệu thống kê từ quá khứ vì vậy không phù 
hợp cho công tác quy hoạch lưới điện. 
Kết quả của thuật toán xác định số lượng tối ưu, vị trí điểm đặt các thiết bị đóng 
cắt chính là số lượng, vị trí và loại thiết bị để nâng cao độ tin cậy của lưới điện, đồng 
thời chi phí đầu tư là nhỏ nhất. Về khía cạnh kinh tế các thiết bị đóng cắt làm giảm thời 
gian ngừng cung cấp điện của phụ tải. 
2. THUẬT TOÁN ĐỀ XUẤT 
Hàm mục tiêu nhằm đảm bảo tổng chi phí cho tổng điện năng ngừng cung cấp 
điện và chi phí đầu tư là nhỏ nhất: 
 min( . . _ )i CB af C N C ENS val  
Trong đó: 
i
C : Chi phí cho đầu tư thiết bị 
a
C : Chi phí cho lượng điện năng ngừng cung cấp 
Điện năng ngừng cung cấp được tính theo công thức sau: 
 ENS . .l kl kt Ll= åå 
Trong đó: ll : là suất sự cố của phân đoạn l (lần/năm); 
 klt là thời gian phân đoạn k bị ảnh hưởng gây ra do sự cố trên phân đoạn l; 
 kL là công suất tải tại nút ;k 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 415 
tkl là thời gian mất điện của nhánh k do sự cố trên nhánh l gây nên (l có thể bằng 
k ), khi l bằng k có nghĩa là nhánh k bị sự cố. tkl có thể bằng 0 có thể khác không tuỳ 
theo cấu hình lưới. 
kl 1 2 3
t = t + t + t 
Trong đó: 
1
t là thời gian phát hiện, thông báo và cách ly sự cố; 
2
t là thời gian chuyển mạch; 
3
t là thời gian công tác (sửa chữa) của phân đoạn l. 
Phần sau đây sẽ thể hiện rõ hơn ý nghĩa là phương thức tính toán được chỉ tiêu 
ENS này với lưới điện hình tia một nguồn cấp. Dựa trên các bước tính toán chỉ tiêu 
ENS này có thể lập trình để đưa vào bài toán tối ưu vị trí đặt TĐL. Lưu đồ thuật toán 
như trên Hình 1. 
3. GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 
Thuật giải di truyền (GA) là kĩ thuật chung giúp giải quyết vấn đề bài toán bằng 
cách mô phỏng sự tiến hoá của con người hay của sinh vật nói chung (dựa trên Thuyết 
tiến hoá muôn loài của Darwin) trong điều kiện quy định sẵn của môi trường. GA là một 
thuật giải, mục tiêu không nhằm đưa ra lời giải chính xác tối ưu mà chỉ là tương đối tối ưu 
[5]. 
 Thuật giải di truyền: là một phương pháp giải quyết bài toán bằng cách mô 
phỏng quá trình tiến hoá, thích nghi của sinh vật, sử dụng cấu trúc dữ liệu là chuỗi số 
nhị phân. Khi đề cập đến thuật giải di truyền tập trung đến khía cạnh thuật giải mà 
không quan tâm đến cách cài đặt. 
 Lập trình di truyền: là kĩ thuật lập trình sử dụng “thuật giải di truyền” để giải 
quyết bài toán trên máy tính. Ngược lại với thuật giải di truyền, lập trình di truyền chỉ 
quan tâm đến việc cài đặt thuật toán. 
Đối với những bài toán lớn phức tạp các giải thuật thông minh đặc biệt là giải 
thuật di truyền đem lại hiệu quả cao trong việc tìm nghiệm tối ưu. Lưu đồ giải thuật di 
truyền được mô tả như Hình 4. 
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 
Thuật toán đề xuất trong bài báo này được áp dụng mô phỏng cho lưới điện phân 
phối có 50 nút [3]. Cấu hình lưới điện như Hình 2, thông số lưới điện được cho trong 
Bảng 1. Kết quả mô phỏng được trình bày trong Bảng 2 và Hình 3. 
416 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Bắt đầu
 nl = length(A(:,1)); (số nhánh)
 ISS = A(:,1); (nút xuất)
 IRR = A(:,2); (nút nhận)
 pl = A(:,4); (tải)
 lamda = A(:,3); [tsc]; [tg]=zeros(nl,nl)
for i=1:length(x)
tg(i:end,i)=lamda(i)*tsc(i)
Tìm vị trí x=0 (matran b)
In=1;im=0; j=1
b(j)~=1 &&
b(j)==b(j+1)-1
In=in+1
b(j)==1
Im=1m+1
tg(b(j+1):-1:b(j+1)-im,b(j+1))=
Lamda(b(j+1))*tsc(b(j+1))
b(j+1)-b(j)>1
Kết quả
in=1
tg(b(j+1):-1:b(j+1)-in,b(j+1))=
Lamda(b(j+1))*tsc(b(j+1))
Sai
đúng
đúng
Sai
đúng
for l=1:length(pl)
ENS(l)=tổng(tg(l,:)*pl(l)
Nhập thông số lưới
(ma trận A nhánh nút, tải, số khách hàng)
Sai
j<length(b)
b là véc tơ chỉ các 
vị trí mà không có 
thiết bị TĐL
j=j+1
Nhiệm vụ của khối này là: từ 
1 vị trí không đặt TĐL (ma 
trận b), dò ngược về phía 
nguồn để tìm thiết bị TĐL gần 
nhất. Từ đó sẽ biết được các 
phân đoạn bị ảnh hưởng khi 
sự cố trên pđ bất kì.
Gán tất cả các phần tử phía 
trên đường chéo của [tg] 
bằng 0
Tìm ma trận [tg] 
nl : véc tơ số nhánh
ISS : véc tơ nút đầu
IRR: véc tơ nút cuối
Pl: véc tơ công suất tải 
Lamda: véc tơ suất sự cố
Tsc thời gian sửa chữa
Hình 1: Lưu đồ thuật toán 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 417 
S/S
CB
2
3
4 
34
5 
35363738
6
7
8
39
2627 252829
40
41
9
10
11
42
12
13
434445
3031323346
14
15
16
17
18
4719
20
21
22
23
24
48
49
50
1
S/S Substation
CB Circuit Breaker
Sectionalizer
 Cut Out Fuse
Fault Indicator
Hình 2: Lưới điện phân phối [3] 
418 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
Bảng 1. Dữ liệu lưới điện phân phối 
Nút đầu Nút cuối λp Công suất phụ tải Số lượng khách hàng 
1 2 0.43 465 3 
2 3 0.37 375 120 
3 4 0.4 160 30 
4 5 2.92 740 193 
5 6 0.24 0 0 
6 7 0.26 725 51 
7 8 7.09 3231 1119 
8 9 0.25 25 51 
9 10 0.28 0 0 
10 11 1.07 375 22 
11 12 0.08 100 51 
12 13 3.49 4510 419 
13 14 0.35 315 155 
14 15 0.25 100 1 
15 16 0.48 125 50 
16 17 0.21 0 0 
17 18 0.74 1280 451 
18 19 1.5 385 84 
19 20 0.38 50 1 
20 21 0.42 400 174 
21 22 0.8 50 1 
22 23 0.48 550 234 
23 24 0.61 40 0 
24 25 0.66 0 0 
25 26 0.94 650 216 
Bảng 2. Kết quả tính tối ưu khi thay đổi số lượng máy cắt 
STT Số lượng máy cắt Vị trí đặt ENS (kWh) 
1 1 1 3,7935.105 
2 2 1,12 2,8835.105 
3 3 1,6,16 2,5703.105 
4 4 1,7,13,17 2,4065.105 
5 5 1,7,8,13,19 2,2985.105 
6 6 1,5,7,8,13,18 2,2814.105 
7 26 1..26 2,1617.105 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 419 
0 5 10 15 20 25 30
 Số lượng máy căt
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
 E
N
S
 (K
W
h)
Hình 3: ENS tối ưu theo số lượng máy cắt 
Bắt đầu
Khởi tạo dân số
Tính toán giá trị mục tiêu cho từng 
nhiễm sắc thể tương ứng
Kiểm tra điều kiện 
dừng
Lựa chọn những cá thể tốt
Tạo nhiễm sắc thể mới dựa trên 
toán tử gen di truyền
Quá trình lai tạo
Quá trình đột biến
Kết thúc
Hình 4: Giải thuật di truyền 
420 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 
5. KẾT LUẬN 
Từ Hình 3 nhận thấy với lưới điện nghiên cứu 50 nút thì số lượng máy cắt nhiều 
nhất khoảng 3, 4 máy cắt sẽ cho hiệu quả tối ưu. 
Từ Bảng 2 kết quả giải tối ưu cho thấy khi số lượng là 2 máy cắt thì vị trí đặt tối 
ưu khá tương đồng với vị trí đặt theo kinh nghiệm của các công ty điện lực hiện nay. 
Nghiên cứu này có tính khả thi và có thể được chuyển giao dễ dàng cho các công 
ty điện lực và khách hàng; đồng thời trợ giúp các nhà quản lý, vận hành hệ thống điện 
trong việc cân nhắc đầu tư nâng cấp lưới nhằm cải thiện độ tin cậy cung cấp điện. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] L. W. L. Wang and C. Singh, “Reliability Constrained Optimum Placement of Reclosers and 
Distributed Generators in Distribution Networks Using an Ant Colony System Algorithm,” 
IEEE Trans. Syst. Man, Cybern. Part C (Applications Rev., vol. 38, no. 6, pp. 757–764, 2008. 
[2] S. BILLINTON, R. AND JOUNAWITHULA, “Optimal Switching Devices Placement in Radial 
Distribution Systems,” IEEE Trans. Power Deliv., vol. 11, no. 4, pp. 1646–1651, 1991. 
[3] S. Abdi, K. Afshar, S. Ahmadi, N. Bigdeli, and M. Abdi, “Electrical Power and Energy 
Systems Optimal recloser and autosectionalizer allocation in distribution networks using 
IPSO – Monte Carlo approach,” Int. J. Electr. Power Energy Syst., vol. 55, pp. 602–611, 
2014. 
[4] M. Falah, “Optimal Recloser Placement by Binary Differential Evolutionary Algorithm to 
Improve Reliability of Distribution System,” vol. 3, no. 2, pp. 332–336, 2014. 
[5] H. Kiếm, Giải một bài toán trên máy tính như thế nào? Nhà xuất bản Giáo dục. 
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ 
Đặng Diệu Hương: 
Đại học năm 2002; Cao học năm 2004 
Hiện đang là Nghiên cứu sinh Bộ môn HTĐ ĐHBK HN; 
Lĩnh vực quan tâm: Tự động hoá lưới phân phối. 
Điện thoại: 0912329080 
Nguyễn Xuân Tùng: 
Giảng viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Lĩnh vực quan tâm: Tự động hóa trong hệ thống điện, lưới 
phân phối 
Điện thoại: 0988463317 
PHÂN BAN PHÂN PHỐI ĐIỆN | 421 
Nguyễn Đức Huy: 
Giảng viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Lĩnh vực quan tâm: Tự động hóa trong hệ thống điện 
Điện thoại: 01658106293 
Nguyễn Đoàn Khuê: 
Đại học năm 2012 
Kỹ sư mới ra trường 
Lĩnh vực quan tâm: Tự động hóa trong hệ thống điện 
Điện thoại: 0969506916