Tài liệu Quy hoạch mở rộng lưới truyền tải sử dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- PHẠM VĂN LỚI QUY HOẠCH MỞ RỘNG LƯỚI TRUYỀN TẢI SỬ DỤNG THUẬT TOÁN MẶT CẮT TỐI THIỂU LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- PHẠM VĂN LỚI QUY HOẠCH MỞ RỘNG LƯỚI TRUYỀN TẢI SỬ DỤNG THUẬT TOÁN MẶT CẮT TỐI THIỂU LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRƯƠNG VIỆT ANH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS TRƯƠNG VIỆT ANH (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 25 tháng 9 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS. TS. Đồng Văn Hướng Chủ tịch 2 TS. Nguyễn Hùng Phản biện 1 3 PGS. TS. Quyền Huy Ánh Phản biện 2 4 TS. Võ Công Phương Ủy viên 5 TS. Võ Viết Cường Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. HCM, ngày 23 tháng 01 năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM VĂN LỚI Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 28/11/1976 Nơi sinh: Quảng Bình Chuyên ngành: Kỹ thuật điện. MSHV: 1441830046 I- Tên đề tài: Quy hoạch mở rộng lưới truyền tải sử dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu. II- Nhiệm vụ và nội dung: - Tìm hiểu các bài toán quy hoạch và phương pháp giải. - Tìm hiểu thuật toán mặt cắt tối thiểu và áp dụng thuật toán trong quy hoạch lưới điện truyền tải nhằm giảm thiểu không gian tìm kiếm. - Ứng dụng trên các ví dụ mẫu và trên sơ đồ thực tế. III- Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2016 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 30/6/2016 V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS TRƯƠNG VIỆT ANH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Số 515/QĐ-ĐKC TP. HCM, ngày 23 tháng 01 năm 2016 QUYẾT ĐỊNH Về việc Giao đề tài luận văn thạc sĩ cho học viên Phạm Văn Lới HIỆU TRƯỞNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Căn cứ Quy chế đào tạo trình độ thạc sĩ ban hành theo Thông tư số 15/2014/TTBGDĐT, ngày 15 tháng 5 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo; Căn cứ quyết định số 3408/QĐ-ĐKC ngày 22 tháng 11 năm 2014 của Hiệu trưởng về việc công nhận trúng tuyển học viên cao học đợt 2 năm 2014; Xét đề nghị của Trưởng phòng Quản lý khoa học và Đào tạo sau đại học, QUYẾT ĐỊNH: Điều 1. Giao đề tài luận văn thạc sĩ cho: Họ tên học viên: PHẠM VĂN LỚI Ngày sinh: 28/11/1976 MSHV: 1441830046 Lớp: 14SMĐ21 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện. MSHV: 60520202 Tên đề tài luận văn: Quy hoạch mở rộng lưới truyền tải sử dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu. Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Trương Việt Anh Điều 2. Học viên Phạm Văn Lới và Cán bộ hướng dẫn có quyền và nghĩa vụ theo Quy chế đào tạo Thạc sĩ ban hành theo Thông tư số 15/2014/TT-BGDĐT, ngày 15 tháng 5 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo. Điều 3. Cán bộ hướng dẫn, học viên có tên tại Điều 1 và các đơn vị liên quan chịu trách nhiệm thi hành quyết định này. Nơi nhận: HIỆU TRƯỞNG -Như điều 3; -Lưu: P. TC-HC, P. QLKH – ĐTSĐH. Hồ Đắc Lộc i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Phạm Văn Lới ii LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian học tập tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM, được sự giúp đỡ và hướng dẫn của quý thầy cô, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng quản lý khoa học – Đào tạo sau đại học của Trường Đại học Công nghệ TP. HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu và thực hiện tốt đề tài trong thời gian qua. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Trương Việt Anh, Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thưc hiện luận văn tốt nghiệp. Chân thành cảm ơn quý thầy, cô đã tận tâm chỉ dẫn, truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tại Trường. Xin gửi lời cảm ơn đến các thành viên Hội đồng phản biện đã góp ý để tôi hoàn thiện luận văn của mình. Cảm ơn các bạn học viên trong lớp cao học Kỹ thuật điện 14SMĐ21 đã cùng nhau đoàn kết, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập tại Trường. Trân trọng. T.P Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 6 năm 2016 Học viên Phạm Văn Lới iii TÓM TẮT Tên đề tài: ‘‘Quy hoạch mở rộng lưới truyền tải sử dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu” Thời gian thực hiện: Từ tháng 01 năm 2016. Nội dung luận văn gồm có: Chương 1. Mở đầu Giới thiệu chung về vai trò, yêu cầu, mục tiêu chính của công tác quy hoạch mở rộng lưới điện và các phương pháp đã dùng cho quy hoạch lưới điện. Đề xuất phương pháp mới để thực hiện quy hoạch mở rộng lưới điện cũng như nêu mục tiêu, nhiệm vụ, giới hạn và các nội dung chính của luận văn. Chương 2. Tổng quan quy hoạch mở rộng lưới điện Giới thiệu, phân loại bài toán quy hoạch toán học và trình bày chi tiết các phương pháp quy hoạch lưới điện truyền tải như phương pháp tối ưu hóa toán học (mô hình AC, DC, phân tích Bender và thuật toán nhánh biên), phương pháp meta-heuristic (tìm kiếm Tabu, thuật toán di truyền, tối ưu hóa bầy đàn). Chương 3. Cơ sở lý thuyết mặt cắt tối thiểu Trình bầy cơ sở lý thuyết thuật toán mặt cắt tối thiểu, xây dựng giải thuật mặt cắt tối thiểu để áp dụng vào lưới điện và thực hiện tính toán trên sơ đồ điển hình lưới điện Garver 6 bus. Chương 4. Áp dụng trên ví dụ mẫu và sơ đồ thực tế Áp dụng thuật toán min-cut max-flow trên sơ đồ lưới điện 14 bus IEEE và lưới điện truyền tải 220/500 kV Miền Trung Việt Nam. Chương 5. Kết luận Nhận xét, kết luận các kết quả nghiên cứu đã đạt được và hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. iv ABSTRACT Topic name: “Transmission Expansion Planning Using Min Cut Algorithm”. Duration: from January, 2016. This thesis consists of the following parts: Chapter 1. Introduction General introduction about the role, requirements and goals of transmission expansion planning and methods used for transmission expansion planning. Proposing new method to solve the transmission expansion planning problem as well as specified the objectives, tasks and the main content of this thesis. Chapter 2. Overview transmission expansion planning Introduction and classification of mathematical programming problems and presentation detailed about planning methods to solve the transmission expansion planning problem such as Mathematical optimization methods (DC model, AC model, and The branch and bound algorithm and Benders decomposition), metaheuristic methods (Tabu Search, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization). Chapter 3. Theoretical basis min-cut algorithm Presented the theoretical basis of min-cut algorithm and built min-cut max-flow algorithm to apply to the electric system and calculate on Garver 6 bus diagram. Chapter 4. Application on the standard system and the actual system Apply min-cut max-flow algorithm on the 14-bus IEEE system and 220/500kV transmission system in Central of Vietnam. Chapter 5. Conclusion Comments and conclusions of the research results achieved and the next research. v MỤC LỤC TỰA TRANG Quyết định giao đề tài LỜI CAM ĐOAN ………………………………………………………... i LỜI CẢM ƠN …………………………………………………………… ii TÓM TẮT ……………………………………………………………….. iii MỤC LỤC ……………………………………………………………….. v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT …………………………………... viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ………………………………………………. ix DANH SÁCH CÁC BẢNG ……………………………………………... xi Chương 1 MỞ ĐẦU ……………………………………………………... 1 1.1. Đặt vấn đề …………………………………………………………. 1 1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ ……………………………………………... 3 1.3. Phương pháp nghiên cứu ………………………………………….. 3 1.4. Giới hạn đề tài …………………………………………………….. 3 1.5. Điểm mới của luận văn ……………………………………………. 4 1.6. Phạm vi ứng dụng …………………………………………………. 4 1.7. Bố cục của luận văn ……………………………………………….. 4 Chương 2 TỔNG QUAN QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI … 5 2.1. Bài toán quy hoạch toán học ……………………………………… 5 2.1.1. Bài toán tối ưu tổng quát ……………………………………… 5 2.1.2. Phân loại các bài toán tối ưu ……………………………..…… 5 2.2. Một số phương pháp quy hoạch lưới điện truyền tải ……...……… 7 2.2.1. Phương pháp tối ưu hóa toán học ………………...……...…… 7 2.2.1.1. Mô hình DC ………………………………………………. 7 2.2.1.2. Mô hình AC ………………………………………………. 10 2.2.1.3. Phân tích Benders và thuật toán nhánh và biên…………… 12 2.2.2. Tối ưu hóa meta-heuristic ……………………………………. 16 2.2.2.1. Tìm kiếm Tabu TS ……………………………………….. 16 vi 2.2.2.2. Thuật toán di truyền GA …………………………………. 22 2.2.2.3. Thuật toán tối ưu hóa bầy đàn PSO ………………………. 25 2.2.2.4. Kết hợp CHA và PSO giải bài toán STEP ……………….. 28 2.3. Tổng kết chương ………………………………………...………… 31 2.3.1. Phương pháp tối ưu hóa toán học ……...……………………… 32 2.3.1.1. Thuận lợi ………………………………………………….. 32 2.3.1.2. Khó khăn ………………………………………………….. 32 2.3.2. Phương pháp meta-heuristic …………………………………... 32 2.3.2.1. Thuận lợi ………………………………………………….. 32 2.3.2.2. Khó khăn ………………………………………………….. 32 2.3.3. Phương pháp đề xuất ………………………………………….. 32 Chương 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MẶT CẮT TỐI THIỂU ……………..... 34 3.1. Giới thiệu chung ………………………………………..…………. 34 3.2. Thuật toán "min cut" của Mechtild Stoer và Frank Wagner ……… 34 3.2.1. Thuật toán ……………………………..………………………. 34 3.2.2. Ví dụ …………………………………..………………………. 35 3.2.3. Nhận xét ………………………………..…………………….. 37 3.3. Giải thuật "min-cut max-flow" áp dụng cho hệ thống điện ……….. 38 3.3.1. Giải thuật "min-cut max-flow" ………………..………………. 38 3.3.2. Mô hình hóa hệ thống điện ……………..……………………... 41 3.3.3. Trình tự các bước quy hoạch mở rộng lưới điện ……………… 43 3.3.3.1. Xác định các vị trí tắc nghẽn bằng thuật toán Min-Cut ….. 43 3.3.3.2. Định hướng quy hoạch mở rộng …………………………. 44 3.3.4. Áp dụng trên sơ đồ điển hình …………………………………. 45 3.3.4.1. Kịch bản 1 ………………………………………………… 47 3.3.4.2. Kịch bản 2 ………………………………………………… 53 3.4. Tổng kết chương …………………………………………………... 56 Chương 4 ÁP DỤNG TRÊN VÍ DỤ MẪU VÀ SƠ ĐỒ THỰC TẾ …….. 57 4.1. Lưới điện 14 bus IEEE …………………………………………..... 57 4.1.1. Lưới điện 14 bus IEEE cơ bản ……………………………….. 57 vii 4.1.2. Lưới điện 14 bus IEEE mở rộng .......………………………… 59 4.1.2.1. Xác định các điểm thắt cổ chai …………………………… 60 4.1.2.2. Định hướng quy hoạch mở rộng …………………………. 61 4.2. Lưới điện 220-500kV Miền Trung Việt Nam …………………….. 64 4.2.1. Lưới điện 220-500kV Miền Trung Việt Nam tháng 02/2016 … 69 4.2.2. Lưới điện 220-500kV Miền Trung Việt Nam mở rộng ……….. 72 4.2.2.1. Xác định các điểm nghẽn mạch …………………………… 72 4.2.2.2. Định hướng quy hoạch mở rộng …………………………. 75 4.3. Tổng kết chương …………………………………………………... 77 Chương 5 KẾT LUẬN …………………………………………………... 79 5.1. Những kết quả đạt được ………………………………………....... 79 5.2. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài ………..….………………… 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………….. 81 viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - AC-OPF (AC optimal power flow): Phân bố tối ưu luồng công suất AC. - AUGMECON (The augmented 𝜀 -constraint method): Phương pháp ràng buộc 𝜀 mở rộng. - BPSO (Binary Particle Swarm Optimization): Tối ưu hóa bầy đàn nhị phân. - CHA (Constructive Heuristic Algorithm): Thuật toán heuristic xây dựng. - DSM (Demand-Side Management): Quản lý nhu cầu sử dụng điện năng. - DTEP (Dynamic transmission expansion planning): Quy hoạch động mở rộng lưới điện. - DPSO (Dicrete Particle Swarm Optimization): Tối ưu hóa bầy đàn rời rạc. - GA (Genetic Algorithm): Giải thuật di truyền. - GEP (Generation expansion planning): Quy hoạch mở rộng nguồn phát. - HS hoặc EA (Harmony search algorithm hoặc Evolutionary Algorithm): Giải thuật tiến hóa. - IC (Investment Cost): Chi phí đầu tư. - IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): Viện kỹ nghệ điện – điện tử. - NLP (Non-linear Programming): Bài toán phi tuyến. - NLIMP (Non-linear Integer Mixed Problem): Bài toán hỗn hợp số nguyên phi tuyến. - LP (Linear Programming): Bài toán tuyến tính. - OC (Operation Cost): Chi phí vận hành. - PL (Power Losses): Tổn thất công suất. - PSO (Particle Swarm Optimization): Tối ưu hóa bầy đàn. - STEP (Static transmission expansion planning): Quy hoạch tĩnh mở rộng lưới điện. - TEP (Transmission expansion planning): Quy hoạch mở rộng lưới điện. - TS (Tabu Search): Tìm kiếm Tabu. ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1. Phân tích Bender cho bài toán đầu tư và vận hành 15 Hình 2.2. Lưu đồ thuật toán Tabu Search với bộ nhớ trung-dài hạn 22 Hình 2.3. Lưu đồ thuật toán di truyền Chu và Beasley (GACB) 25 Hình 2.4. Lưu đồ tính toán DPSO cho lưới kiểm tra an ninh N – 1 28 Hình 2.5. Lưu đồ thuật toán CHA 30 Hình 2.6. Lưu đồ thuật toán PSO 31 Hình 2.7. Lưu đồ thuật toán kết hợp CHA và PSO 32 Hình 3.1. Đồ thị vô hướng 8 nút 35 Hình 3.2. Đỉnh t(1) và s(5) và lát cắt đầu tiên đi qua t(1)-a(2), t(1)-s(5) 36 Hình 3.3. Lát cắt thứ 2 đi qua t(8)-e(4), t(8)-s(7) 36 Hình 3.4. Lát cắt thứ 3 đi qua t(7,8)-d(3), t(8)-s(4) 36 Hình 3.5. Lát cắt thứ 4 đi qua t(4,7,8)-c(6), t(4,7,8)-s(3); lát cắt thứ 5 đi qua 36 t(3,4,7,8)-s(6), t(3,4,7,8)-a(2) Hình 3.6 Lát cắt thứ 6 đi qua t(1,5)-a(2), t(1,5)-s(3,4,6,7,8); lát cắt thứ 7 đi 36 qua t(V\2)-s(2) Hình 3.7. Lưu đồ giải thuật xác định luồng công suất cực đại 41 Hình 3.8. Sơ đồ lưới điện hai thanh cái và mô hình đại diện theo đồ thị 42 Hình 3.9. Các lát cắt sơ đồ lưới điện hai thanh cái 42 Hình 3.10. Lát cắt cực tiểu trên sơ đồ mô hình 43 Hình 3.11. Sơ đồ Garver 6 bus 48 Hình 3.12. Mô phỏng lưới điện Garver 6 bus sau khi mở rộng mặt cắt 3-5, 4- 51 6 Hình 3.13. Mô phỏng lưới điện Garver 6 bus sau khi mở rộng mặt cắt 3-5, 52 4-6 và lắp đặt TCSC mặt cắt 1-2, 2-4 Hình 3.14. Mô phỏng lưới điện Garver 6 bus sau khi mở rộng mặt cắt 3-5, 4- 53 6 và mở rộng nguồn G1 Hình 3.15. Mô phỏng phương án quy hoạch thứ nhất lưới điện Garver 6 bus 56 Hình 3.16. Mô phỏng phương án quy hoạch thứ hai lưới điện Garver 6 bus 56 Hình 3.17. Mô phỏng phương án quy hoạch thứ ba lưới điện Garver 6 bus 57 x Hình 4.1. Sơ đồ lưới điện 24 bus IEEE 58 Hình 4.2. Mô phỏng phương án quy hoạch thứ nhất lưới điện 14 bus IEEE 63 Hình 4.3. Mô phỏng phương án quy hoạch thứ hai lưới điện 14 bus IEEE 64 Hình 4.4. Sơ đồ hiện hành lưới điện 220/500kV Miền Trung Việt Nam 65 Hình 4.5. Mô phỏng lưới điện Miền Trung Việt Nam tháng 02/2016 72 Hình 4.6. Mô phỏng lưới điện Miền Trung Việt Nam phát tăng tối đa công suất 75 Hình 4.7. Mô phỏng lưới điện Miền Trung Việt Nam sau khi mở rộng 78 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1. Vị trí và dung lượng của các lát cắt sơ đồ lưới điện hai thanh cái 44 Bảng 3.2. Các trường hợp xảy ra tại vị trí lát cắt 45 Bảng 3.3. Các thông số nguồn và phụ tải sơ đồ Garver 6 bus 47 Bảng 3.4. Các thông số đường dây sơ đồ Garver 6 bus 47 Bảng 3.5. Kịch bản được đặt ra cho hệ thống lưới điện Garver 6 bus 48 Bảng 3.6. Ma trận thông lượng lưới Garver 6 bus 49 Bảng 3.7. Tập hợp các mặt cắt lưới Garver 6 bus hiện trạng 49 Bảng 3.8. Tập hợp các mặt cắt lưới Garver 6 bus mở rộng 50 Bảng 3.9. Đối chiếu với một số nghiên cứu về số lượng mạch mở rộng 53 Bảng 3.10. Phụ tải điện cho kịch bản 2 54 Bảng 3.11. Tập hợp các mặt cắt lưới Garver 6 bus theo kịch bản 2 54 Bảng 3.12. Lát cắt ứng với từng trường hợp quy hoạch lưới Garver 6 bus 54 Bảng 3.13. Phương án quy hoạch mở rộng lưới điện Garver 6 bus 55 Bảng 4.1. Bảng 4.1. Nguồn và phụ tải lưới điện 14 bus IEEE 59 Bảng 4.2. Thông số đường dây lưới điện 14 bus IEEE 59 Bảng 4.3. Tập hợp mặt cắt 14 bus IEEE 61 Bảng 4.4. Lát cắt ứng với từng trường hợp quy hoạch lưới 14 bus IEEE 62 Bảng 4.5. Phương án quy hoạch mở rộng lưới 14 bus IEEE 63 Bảng 4.6. Các nghiên cứu về số lượng mạch mở rộng lưới điện 14 bus 64 IEEE Bảng 4.7. Công suất tải, nguồn lưới điện Miền Trung Việt Nam 02/2016 66 Bảng 4.8. Thông số đường dây lưới điện Miền Trung Việt Nam 02/2016 68 Bảng 4.9. Ma trận thông lượng lưới điện 220/500kV Miền Trung 02/2016 71 Bảng 4.10. Ma trận thông lượng lưới 220/500kV Miền Trung tăng công 74 suất Bảng 4.11. Nhánh dự kiến mở rộng lưới 220/500kV Miền Trung Việt Nam 76 Bảng 4.12. Ma trận thông lượng lưới 220/500kV Miền Trung sau mở rộng 77 1 Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Hiện nay, việc phát triển ngành điện phải gắn liền với chiến lược phát triển kinh tế - xã hội và phải đảm bảo cung cấp đủ điện cho nền kinh tế quốc dân và đời sống xã hội với chất lượng điện năng ngày càng cao, đồng thời phải sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng, đa dạng hóa các nguồn năng lượng sơ cấp cho sản xuất điện, bảo tồn nhiên liệu và đảm bảo an ninh năng lượng cho tương lai. Vì vậy đặt ra yêu cầu cần phải quy hoạch mở rộng, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên, ứng dụng khoa học kỹ thuật vào xây dựng, quản lý và vận hành hệ thống điện với mục tiêu cực tiểu hóa tổng chi phí (chi phí đầu tư xây dựng, chi phí sản xuất, chi phí vận hành, bảo dưỡng sửa chữa…) nhưng vẫn phải đảm bảo cung cấp điện liên tục cho phụ tải với chất lượng điện năng trong phạm vi cho phép. Quy hoạch mở rộng lưới điện TEP (Static transmission expansion planning) là một phần quan trọng của quy hoạch hệ thống điện, gắn liền với quy hoạch mở rộng nguồn phát GEP (Generation expansion planning) và sự tăng trưởng của phụ tải. Sau khi có vị trí địa lý của các nhà máy điện và trung tâm phụ tải, cần phải quy hoạch lưới điện với nguyên lý cơ bản là cực tiểu cấu trúc lưới điện và chi phí vận hành nhằm thỏa mãn yêu cầu phân phối điện năng an toàn, liên tục và tin cậy. Các giải pháp quy hoạch cơ bản khi nghiên cứu TEP được đề cập bao gồm: (i) Xây dựng các đường dây truyền tải và trạm biến áp mới song song tại vị trí nghẽn mạch; (ii) Xây dựng các đường dây truyển tải và trạm biến áp mới trên các hướng tuyến mới để chia sẻ luồng công suất tại điểm nghẽn mạch; (iii) Lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng để giảm lượng công suất ảo trên lưới điện; 2 (iv) Lắp đặt TCSC (Thyristor controlled series capacitor) để phân bố lại công suất qua điểm nghẽn mạch; (v) Điều chỉnh công suất nguồn phát nhằm thay đổi luồng công suất qua điểm nghẽn mạch. Tùy thuộc vào mục tiêu quy hoạch (nâng cao độ tin cậy, ổn định của hệ thống, hiệu quả thị trường điện, hoặc chi phí đầu tư thấp, …) mà có thể chọn biện pháp quy hoạch ưu tiên phù hợp. Đồng thời, TEP phải thỏa mãn các yêu cầu về độ tin cậy nhằm đảm bảo phát huy công suất của các máy phát điện mới xây dựng trong khi giảm thiểu các chi phí đầu tư, vận hành và ngừng cấp điện; độ tin cậy bao gồm:  Các yêu cầu vận hành bình thường: Khi các thiết bị của hệ thống năng lượng được vận hành trong những điều kiện tốt, đảm bảo các tiêu chuẩn vận hành khác nhau. Ví dụ như công suất truyền tải của đường dây, công suất phát, cấp điện áp, dự trữ nóng và trong phạm vi giá cả đã cho.  Yêu cầu vận hành trong điều kiện ngẫu nhiên: Khi một thiết bị hư hỏng hay khi tải xuất hiện các dao động, độ tin cậy cung cấp điện phải được thỏa mãn. Chi phí lưới điện bao gồm đầu tư mua sắm thiết bị máy biến áp, thiết bị truyền tải và chi phí vận hành thiết bị. Bài toán TEP khá phức tạp vì quy hoạch phải căn cứ trên sơ đồ thực tế đang có sẵn và các ràng buộc cần phải thỏa mãn khá lớn, bao gồm các phương trình phi tuyến (như là các ràng buộc về cấp điện áp) và phương trình vi phân (như là các vấn đề ổn định). Vì vậy khó có thể có một mô hình toán học và phương pháp giải trọn vẹn cho bài toán TEP. Để khắc phục khó khăn trên, bài toán TEP thường được chia làm hai bước, lập sơ đồ và đánh giá sơ đồ. Lập sơ đồ nhằm xác định một hay nhiều phương án có chi phí thấp thỏa mãn khả năng tải của các thiết bị truyền tải và đánh giá sơ đồ là đánh giá toàn bộ đặc tính kinh tế kỹ thuật của sơ đồ đã cho, bao gồm dòng tải, phân tích ổn định, dòng ngắn mạch, độ tin cậy và tính toán kinh tế để đi đến quyết định một sơ 3 đồ tối ưu cuối cùng. Và qua việc đánh giá sơ đồ, cấu hình của lưới điện có thể được cải thiện. Bài toán TEP [3] [4] đã được nghiên cứu rộng rãi, phân tích từ quan điểm và các khía cạnh khác nhau như: Phương pháp giải quyết, độ an toàn, tính ổn định, thị trường điện, sự phân bố máy phát phân tán, vấn đề tác động tới môi trường, thời gian và mức đầu tư xây dựng, khả năng truyền tải, quy hoạch công suất phản kháng và quản lý nhu cầu sử dụng điện năng DSM (Demand-Side Management)… Với các nghiên cứu trước đây, bài toán TEP được giải bằng các phương pháp tối ưu hóa toán học, tối ưu hóa heuristic và meta-heuristic đã cho những kết quả khả quan nhưng với bản chất phức tạp của bài toán các phương pháp trên có những bất lợi như: Việc quản lý công thức trong mô hình tối ưu hóa khá khó; khi thêm những ràng buộc mới, mô hình phải được cấu hình lại; miền không gian tìm kiếm rộng, thời gian mô phỏng lớn. Trên cơ sở kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây đã đạt được, đề tài “Quy hoạch mở rộng lưới truyền tải sử dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu” với mục đích nghiên cứu, áp dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu "Maximum flow – Min cut" nhằm giới hạn không gian tìm kiếm, rút ngắn thời gian mô phỏng trong bài toán quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải.1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ  Tìm hiểu các bài toán trong quy hoạch lưới điện truyền tải và phương pháp giải.  Tìm hiểu thuật toán mặt cắt tối thiểu và áp dụng thuật toán trong quy hoạch lưới điện truyền tải nhằm giảm thiểu không gian tìm kiếm.  Ứng dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu trong quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải trên các ví dụ mẫu và trên sơ đồ thực tế. 1.3. Phương pháp nghiên cứu  Ứng dụng lý thuyết giải tích và mô phỏng toán học trong quy hoạch lưới điện truyền tải.  Sử dụng phần Matlab và PowerWorld để tính toán và kiểm chứng kết quả. 4 1.4. Giới hạn đề tài  Chỉ xét bài toán quy hoạch tĩnh lưới điện truyền tải khi sử dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu.  Chỉ xét ổn định tĩnh không xét đến ổn định động của hệ thống điện. 1.5. Điểm mới của luận văn Áp dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu vào quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải. 1.6. Phạm vi ứng dụng  Ứng dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu vào quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải cho các lưới điện IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) mẫu.  Ứng dụng thuật toán mặt cắt tối thiểu vào quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải cho các mô hình hay lưới điện thực tế bất kỳ.  Là tài liệu tham khảo cho môn học cung cấp điện, quy hoạch hệ thống điện. 1.7. Bố cục của luận văn  Chương 1. Mở đầu  Chương 2: Tổng quan về quy hoạch lưới điện truyền tải  Chương 3: Cơ sở lý thuyết mặt cắt tối thiểu  Chương 4: Áp dụng trên ví dụ mẫu và sơ đồ thực tế  Chương 5: Kết luận