TRÍCH YẾU LUẬN ÁN
Tên tác giả: Nguyễn Văn Minh
Tên luận án: Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối điện sử dụng các thiết bị D-FACTS
Ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 9520201
Tên cơ sở đào tạo: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
1. Mục đích và đối tượng nghiên cứu của luận án
* Các mục tiêu nghiên cứu của luận án:
Luận án nghiên cứu đánh giá một số CLĐN và xem xét các giải pháp nâng cao CLĐN trong lưới phân phối với các mục tiêu cụ thể sau:
a. Nghiên cứu xây dựng mô hình và giải bài toán tối ưu lựa chọn vị trí và công suất của các thiết bị DVR và D-Statcom nhằm khắc phục hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn trên lưới phân phối.
b. Nghiên cứu lựa chọn vị trí tụ bù công suất phản kháng nhằm giảm tổn thất điện năng và nâng cao CLĐN trong lưới phân phối gồm cải thiện độ lệch điện áp và cải thiện tổng mức biến dạng sóng hài, có xét một số đặc trưng lưới phân phối điện công nghiệp của Việt Nam.
c. Nghiên cứu cấu trúc và mô phỏng so sánh tác dụng của các thiết bị DVR và D-Statcom đối với SANH do ngắn mạch và sóng hài gây ra bởi các phụ tải phi tuyến điển hình trong lưới phân phối điện công nghiệp của Việt Nam như lò hồ quang điện.
Trong ba mục tiêu trên đây, mục tiêu (a) là mục tiêu chính của luận án. Để có cơ sở phân tích và đề xuất mô hình và giải bài toán (a): mục tiêu (b) và mục tiêu (c) được thực hiện, trong đó mục tiêu (c) cho cơ sở minh họa tác dụng của các thiết bị DVR và D-Statcom giúp đề xuất phương án ứng dụng của các thiết bị này. Mục tiêu (b) vửa có tính minh họa việc xây dựng mô hình bài toán tối ưu và công cụ giải cho mục tiêu (a), vừa xem như một nghiên cứu ứng dụng khi xây dựng mô hình định lượng đánh giá tác dụng của sóng hài trong lưới điện công nghiệp có lò hồ quang điện tại Việt Nam.
Các giải pháp trên đây được phân tích và đề xuất dựa trên quan điểm nâng cao CLĐN của hệ thống, chứ không chỉ CLĐN cho riêng một nút phụ tải riêng biệt và được thực hiện bởi bên quản lý lưới phân phối điện, mà ở Việt Nam là các công ty điện lực. Việc phân tích và đánh giá CLĐN được lồng trong mô hình bài toán tối ưu như là bước đầu tiên của quá trình tối ưu hóa việc thực hiện giải pháp. Việc khắc phục SANH được thực hiện dựa trên tính toán đánh giả SANH trong lưới phân phối do ngắn mạch. Việc khắc phục sóng hài dựa trên việc mô phỏng, tỉnh toán và đánh giá tình hình sóng hài trên lưới điện.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án:
Đối tượng nghiên cứu của luận án là các giải pháp nâng cao CLĐN sử dụng thiết bị CPD và tụ bù công suất phản kháng. Hiện tượng CLĐN được xem xét là SANH do ngắn mạch và biến dạng sông hài do lò hồ quang điện sinh ra trong lưới phân phối, có xét một số đặc thù của lưới phân phối điện của Việt Nam. Bên cạnh đó các chỉ tiêu chất lượng vận hành như độ lệch điện áp lưới điện trong vận hành, tổn thất điện năng trong vận hành cũng được xem xét khi xây dựng mô hình bài toán tối ưu khi ứng dụng các giải pháp. Trong các nghiên cứu của luận án, lưới phân phối mẫu 13 nút của IEEE, lưới phân phối mẫu 16 nút được xây dựng từ lưới mẫu 13 nút trên đây có xét những đặc điểm riêng của lưới phân phối điện Việt Nam được sử dụng làm đối tượng minh họa cho hiệu quả của các giải pháp nâng cao CLĐN được nghiên cứu của luận án. Công cụ giải các bài toán tối ưu nói chung, thuật toán di truyền (Genetic Algorithm – GA) cũng là đối tượng nghiên cứu của luận án.
2. Các phương pháp nghiên cứu đã sử dụng.
Phương pháp nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều cách tiếp cận:
Sử dụng phân tích tổng quan đề tim hướng phát triển của nghiên cứu
Sử dụng các phân tích lý thuyết về bài toàn tối ưu hóa và phương pháp tìm kiếm thông minh để xây dựng các công thức và thuật toán giải.
Kiểm chứng tỉnh hiệu quả của các thuật toán được đề xuất thông qua kết quả tính toán.
3. Các kết quả chính và kết luận:
* Những vấn đề khoa học và kĩ thuật đã được giải quyết
– Xây dựng mô hình mô phỏng động nhằm so sánh và đánh giá tác dụng của các thiết bị DVR và D-Statcom với các vấn đề CLĐN gồm SANH do ngắn mạch và sóng hài trong lưới phân phối có xét những đặc điểm đặc thủ của Việt Nam như lưới điện 3 pha, phụ tải 3 pha đối xứng, đặc điểm phụ tải công nghiệp sản xuất thép (phụ tải lò hồ quang điện).
– Xây dựng mô hình và giải bài toán tối ưu ứng dụng tụ bù trong lưới phân phối nhằm giảm tổn thất và cái thiện CLĐN, có xét lưới điện có sóng hài do lò hồ quang điện sinh ra. Mô hình bài toán tỉnh toán chế độ xác lập ở tần số sóng hài được xây dựng để tính toán tổn thất công suất do sóng hải và tổng mức biến dạng sóng hải nhằm phục vụ cho việc tính toán hàm mục tiêu và kiểm tra các ràng buộc của bài toán tối ưu vị trí tụ bủ trong lưới phân phối. Toàn bộ các tỉnh toán trên cũng như sử dụng công cụ giải là thuật toán di truyền được thực hiện trên Matlab.
– Xây dựng mô hình và giải bài toán tối ưu chọn vị trí và công suất của các thiết bị DVR và D-Statcom để khắc phục hiện tượng SANH do ngắn mạch, trong đó việc tính toán và đánh giá các đặc trưng của SANH (như biên độ điện áp) sử dụng mô hình toản mô tả tác dụng của các thiết bị này đề xuất. Đây được xem là đóng góp chỉnh của nghiên cứu trong luận án.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
– Về ý nghĩa khoa học: Do chưa có nghiên cứu nào ở Việt Nam về ứng dụng thiết bị CPD để cải thiện CLĐN đối với toàn hệ thống nên nghiên cứu này có thể xem như một trong những nghiên cứu tiên phong về lĩnh vực này tại Việt Nam. Cái khó khiến ít nghiên cứu tiến sâu trong lĩnh vực này do thiết bị CPD là đáp ứng động. nên thường chỉ xem xét mô hình dưới dạng các mô phỏng động. Đối với bài toán trong đó CPD là giải pháp CLĐN thì nghiên cứu thường chỉ xét cho một phụ tái nhất định. Do đó, một hạn chế lớn của những nghiên cứu trước đây là không xem xét những tác động hệ thống của các thiết bị CPD. Nghiên cứu này sẽ cố gắng xây dựng mô hình toán mô tả tác dụng của thiết bị CPD trong mô hình chung của lưới điện theo hiện tượng CLĐN tương ứng (như SANH do ngắn mạch) để từ đó xây dựng mô hình bải toản tối ưu tính toán lựa chọn vị trí và công suất của thiết bị CPD. Bên cạnh ý nghĩa về chính trên đây đối với tác dụng của thiết bị CPD, việc nghiên cứu hạn chế sóng hài trên lưới phân phối dưới dạng mô hình bài toán tối ưu cũng chưa được xem xét tại Việt Nam và nghiên cứu này cũng được xem như một trong những nghiên cứu ban đầu về hạn chế tác dụng sóng hài mang tính hệ thống. Việc lựa chọn công cụ tìm kiếm thông minh là thuật toán di truyền để giải bài toán này cũng có giá trị tham khảo nhất định cho việc ứng dụng của công cụ này đối với các bài toán tối ưu phi tuyển khó giải bằng các phương pháp giải tích (analytic) thông thường như các mô hình bải toán ứng dụng giải pháp cải thiện CLĐN mang tính hệ thông.
– Về ý nghĩa thực tiễn: Vấn đề CLĐN hiện nay đang rất được quan tâm và giải pháp từ phía hệ thống đối với các khu vực lưới phân phối tại Việt Nam hầu như chưa có. Hiện tại các đơn vị quản lý lưới phân phối mới chủ yếu cố gắng ứng dụng tụ bù đến giảm tổn thất trên lưới điện ở tần số 50Hz, và việc ứng dụng này thuần túy mang tính kinh nghiệm hoặc ứng dụng cho các lưới điện đơn giản. Ba mục tiêu được đề xuất của luận án có thể xem là tài liệu tham khảo rất tốt cho việc triển khai các giải pháp nâng cao CLĐN và giảm tổn thất mang tính hệ thống đối với các đơn vị quản lý lưới phân phối điện, trong đó trực tiếp nhất là những đề xuất sử dụng tụ bù công suất phản kháng để giảm tổn thất và cải thiện chất lượng độ lệch điện áp, tổng mức biến dạng sóng hài của lưới phân phối. Còn nhìn vào tương lai xa hơn, việc ứng dụng thiết bị CPD để nâng cao chất lượng vận hành của lưới phân phối nói chung, nâng cao CLĐN nói riêng sẽ được thúc đẩy. Ngoài ra, tuy mục tiêu (c) chỉ mang tỉnh hỗ trợ cho mục tiêu nghiên cứu (a), nhưng về ý nghĩa thực tiễn thì rất cao do luận ăn đã xây dựng mô hình mô phòng động lưới phân phối có lò hồ quang điện, mô tả tốt cho thực trạng CLĐN của lưới phân phối điện tại một số khu công nghiệp có lò hồ quang và đề xuất các giải pháp khắc phục như sử dụng các thiết bị CPD.
