Nội dung

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) ỨNG DỤNG LOGIC MỜ TÌM VỊ TRÍ ĐẶT TỤ BÙ TỐI ƢU TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP OPTIMAL PLACEMENT OF CAPACITOR BANKS IN POWER DISTRIBUTION NETWORKS USING FUZZY LOGIC Đặng Việt Hùng, Nguyễn Phúc Huy Trường Đại học Điện lực Ngày nhận bài: 25/1/2018, Ngày chấp nhận đăng: 26/2/2018, Phản biện: TS. Nguyễn Văn Tiềm Tóm tắt: Hiện nay, có nhiều nghiên cứu và phương pháp khác nh u đươcj phát triển nhằm tìm vị trí và dung lư ng t bù tối ưu trên lưới điện phân phối. Bài báo tập trung trình bày ứng d ng c a logic mờ trong bài toán tìm vị tr đặt t bù tối ưu nhằm thỏ m n điều kiện hàm ti t kiệm là lớn nhất đồng thời kiểm tr điều kiện điện áp nằm trong giới hạn cho phép. Bài toán s d ng 02 bi n vào là chỉ số tổn thất công suất tác d ng (PLI) điện áp nút c lưới trong hệ đơn vị tương đối ( Vi* ) và 01 bi n ra là chỉ số thích h p để đặt t bù tại nút i (CSI(i)) cho logic mờ, kiểm tra tính toán cho 01 xuất tuy n đường dây trung áp cho thấy lý thuy t logic mờ có thể giúp tìm vị tr đặt t bù tối ưu trên lưới điện phân phối. Từ khóa: T điện, công suất phản kháng, bù tối ưu, logic mờ lưới điện phân phối. Abstract: At present, various researches and with different methods have been developed to find the optimal placement and sizing of fixed capacitor banks in power distribution networks. This paper aims to apply fuzzy logic theory to allocate the capacitor banks to satisfy the objective maximum savings, and at the same time checking node voltages within the allowed limits. The problem uses Power Loss Index (PLI) and node voltage in per unit ( Vi* ) as two input variables to give one output variable, Capacitor Suitability Index (CLI(i)), through a fuzzy logic controller, a case study of a medium voltage distribution line is simulated. The results show that the fuzzy logic theory is satisfactory to find the optimal location of compensation capacitor banks on power distribution grids. Keywords: Capacitor, reactive power, optimal compensation, fuzzy logic, power distribution grid. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Bài toàn bù tối ưu công suất phản kháng lưới điện phân phối (LPP) là bài toán xác định vị trí và dung lượng cần thiết của các tụ điện bù được lắp vào lưới điện sao cho Số 15 tháng 2-2018 chi phí hàng năm của lưới điện đó là nhỏ nhất [1-2] hoặc lượng tiền tiết kiệm được hàng năm do lắp đặt tụ điện bù là lớn nhất [3-5]. Đây là bài toán tối ưu và có thể được chia thành hai bài toán nhỏ như sau: 53 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557)  Xác định vị trí tối ưu đặt tụ điện bù.  Xác định dung lượng tối ưu của các tụ điện bù. vậy mức dung lượng lớn nhất cho phép của bộ tụ điện bị giới hạn bởi: C Qmax  L.Q0C (1) Đối với LPP, có những quy định đã được đặt ra cho việc đảm bảo giá trị cosϕ≥0,9 [6,7], tức công suất phản kháng yêu cầu tại một nút nào đó không được quá lớn; và do vậy luôn tồn tại một vài nút thích hợp cho việc lắp đặt tụ điện bù. Tuy nhiên rất khó khăn để xác định lắp tụ điện bù vào nút nào là thích hợp nhất hoặc lắp tụ điện bù ở nút này sẽ thích hợp hơn ở nút kia. Nếu số nút của lưới lớn, bài toán sẽ trở nên cồng kềnh, phức tạp. Trong trường hợp tổng quát, các nút thích hợp để lắp đặt tụ điện bù được xác định là các nút thuộc các nhánh có tổn thất công suất tác dụng theo thành phần tác dụng của dòng điện hoặc theo thành phần phản kháng của dòng điện là lớn nhất. Theo các phương pháp này mỗi lần một nút thích hợp được lựa chọn, phải tiến hành lắp đặt tụ điện bù vào nút đó và tính toán lại chế độ xác lập của lưới, đồng thời kiểm tra để đảm bảo rằng điều kiện điện áp các nút của lưới được thỏa mãn. trong đó, L là một số nguyên. Khi đó, tại mỗi nút bù thích hợp được lựa chọn sẽ tồn tại L mức dung lượng Q0C ,2.Q0C ,...,L.Q0C để lựa chọn. 2. BÀI TOÁN BÙ TỐI ƢU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG P là tổng tổn thất công suất trong một 2.1. Nội dung bài toán Bài toán bù tối ưu nhằm mục đích xác định vị trí và công suất bù hợp lý nhất, đảm bảo hiệu quả giữa chi phí đầu tư và lợi ích mang lại do việc giảm tổn thất điện năng. Với một lượng giới hạn về công suất bù, các mức dung lượng tụ điện chuẩn là bội C số của dung lượng tụ nhỏ nhất Q0 , và do 54   Chi phí cho 1 kVAr thường không đồng nhất cho các mức dung lượng khác nhau, mức dung lượng lớn thường rẻ hơn mức dung lượng nhỏ khi xét đến chi phí đầu tư cho 1 kVAr. Có thể chọn  K1C ,K 2C ,...,K LC  là vốn đầu tư cho 1 kVAr tương ứng với L mức dung lượng tụ trên. Theo phương pháp của Hong-Chan Chin và Whei-Min Lin [1] thì hàm chi phí hàng năm được xác định: k COST  K P .P   K Cj .QCj (2) j 1 Với: K P là giá ($/kW/năm); tổn thất công suất năm (kW); j  1, 2,....,k các nút bù thích hợp đã được lựa chọn. Theo phương pháp của H. N. Ng và cộng sự [2] thì hàm tiết kiệm hàng năm được xác định: k SAVING  K E .E  K P .P   K Cj .Q Cj (3) j 1 Với: Số 15 tháng 2-2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) E  E.0  E.1 , là lượng giảm tổn thất điện năng (kWh); nhằm tạo ra các biến đầu ra mong muốn. Cơ sở tri thức P  P.0  P.1 , là lượng giảm tổn thất công suất (kW); K E là giá của 1 kWh tổn thất điện năng trong một năm ($/kWh); K P là giá của 1 kW công suất đỉnh giảm được ($/kW); E .0 , E .1 tương ứng là tổn thất điện năng trên lưới khi không có thiết bị bù và có thiết bị bù. P .0 , P .1 tương ứng là tổn thất công suất trên lưới khi không có thiết bị bù và có thiết bị bù. Mô hình bài toán sẽ là tối thiểu hóa chi phí hoặc tối đa hóa tiền tiết kiệm, thỏa mãn các ràng buộc kỹ thuật về điện áp nút: Cơ sở dữ liệu Đầu vào Mờ hóa Giải mờ Trong bài toán bù tối ưu công suất phản kháng, lý thuyết logic mờ được ứng dụng tìm vị trí thích hợp lắp đặt tụ bù nhằm đảm bảo hai tiêu chí: giảm tới mức tối thiểu tổn thất công suất tác dụng trên lưới và giữ điện áp các nút nằm trong giới hạn cho phép. Bài toán sử dụng 02 biến vào và 01 biến ra. Biến vào 1: Chỉ số tổn thất công suất tác dụng PLI để đặc trưng cho tổn thất công suất tác dụng. PLI được xác định như sau:  P( i )   P(min)  P(max)   P(min) (4) PLI( i )  Vmin  Vi  Vmax (5) Trong đó: Vmin ,Vmax tương ứng là các giới hạn dưới Cơ chế suy luận Đầu ra Hình 1. Sơ đồ khối chức năng logic mờ COST  min  SAVING  max  Trong đó: Vi là điện áp nút thứ i; Luật mờ (6) P(i )  P.0  P (i ) : Độ giảm tổn thất công suất tác dụng trong lưới; và giới hạn trên cho phép của điện áp nút. P.0 : Tổng tổn thất công suất tác dụng trong lưới khi không bù; 2.2. Ứng dụng logic mờ bù tối ƣu P ( i ) : Tổng tổn thất công suất tác dụng Logic mờ bao gồm 4 khâu chính: mờ hóa, cơ sở tri thức, cơ chế suy luận và giải mờ (hình 1). Trong đó, cơ sở tri thức bao gồm các cơ sở dữ liệu và luật mờ, cơ sở dữ liệu cung cấp các thông tin cần thiết cho quá trình mờ hóa, cơ chế suy luận và giải mờ. Luật mờ bao gồm các quy tắc ngôn ngữ trong lưới khi bù hết phụ tải phản kháng tại nút i; Số 15 tháng 2-2018 P(max)  max P( i )  giá trị lớn nhất của lượng giảm tổn thất công suất tác dụng trong lưới khi không bù và khi bù hết phụ tải phản kháng tại nút thứ i. 55 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) P(min)  min P( i )  giá trị nhỏ nhất của lượng giảm tổn thất công suất tác dụng trong lưới khi không bù và khi bù hết phụ tải phản kháng tại nút thứ i. Lượng giảm tổn thất công suất tác dụng trong lưới được tiêu chuẩn hóa một cách tuyến tính bằng các chỉ số PLI, nhận giá trị trong khoảng [0, 1], với lượng giảm tổn thất công suất tác dụng lớn nhất nhận giá trị 1 và lượng giảm tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất nhận giá trị 0. ưu tại nút là dung lượng bù làm cho hàm tiết kiệm đạt giá trị cực đại. Khi không có sự gia tăng của hàm tiết kiệm, dung lượng bù tại nút đã đạt giá trị tối ưu, tiếp tục chuyển sang tính toán cho các nút thích hợp tiếp theo. Nếu hàm tiết kiệm khi tính toán ở nút sau mà không có sự gia tăng so với nút trước và ràng buộc điện áp thoả mãn thì bài toán đã có lời giải tối ưu (hình 2). Bắt đầu Biến vào 2: Điện áp nút của lưới trong hệ đơn vị tương đối (p.u) Vi : Tính chế độ xác lập và xác định PLI, Vi Vn (7) 0,9  V  1,1 (8) Vi*  Xây dựng sơ đồ lưới điện * i Định nghĩa các tập mờ vào, ra; tính CSI và phân loại các nút theo CSI giảm dần Trong đó: Vi là điện áp nút i; Vn là điện Lắp tụ bù vào nút có CSI lớn, tăng dần dung lượng tụ bù và tính hàm tiết kiệm tổng áp định mức của lưới. Biến ra: Chỉ số thích hợp để đặt tụ bù tại nút i là CSI( i ) nhận giá trị trong khoảng [0, 1]. CSI của nút nào càng lớn thì nút đó càng thích hợp để lắp đặt tụ bù. Để xác định dung lượng bù cho từng nút, ta sử dụng thuật toán tìm kiếm thực nghiệm. Bù cho từng nút theo thứ tự CSI giảm dần với dung lượng bù tăng dần theo C từng bước nguyên Q0 . Với mỗi giá trị C của Q0 , tiến hành tính chế độ xác lập để xác định dòng điện, tổn thất công suất tác dụng, hàm tiết kiệm và điện áp tại các nút. Sau mỗi lần tăng dung lượng bù theo C bước Q0 , phải kiểm tra ràng buộc điện áp nút theo điều kiện (8) và sự gia tăng của hàm tiết kiệm (3). Dung lượng bù tối 56 Tiến hành với nút có CSI nhỏ hơn No 0.9

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.