Lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối sử dụng quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp

Bài viết Lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối sử dụng quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp đề xuất mô hình quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP) để lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối. Hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí vòng đời của đường dây, bao gồm vốn đầu tư và chi phí vận hành.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối sử dụng quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA LỰA CHỌN TỐI ƯU TIẾT DIỆN DÂY DẪN CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI SỬ DỤNG QUY HOẠCH TOÀN PHƯƠNG NGUYÊN THỰC HỖN HỢP USING MIXED-INTEGER QUADRATIC PROGRAMMING MODEL FOR SELECTION OF OPTIMAL CONDUCTOR SIZE IN POWER DISTRIBUTION SYSTEMS 1 2 3 4 Phạm Năng Văn , Đỗ Quang Duy , Dương Duy Long , Nguyễn Tuấn Anh 5 Nguyễn Hoài Nam 1Trường Điện ‒ Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, Tel: 0988266541, E-mail: van.phamnang@hust.edu.vn 2Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Bắc, Tel: 0962431132, E-mail: duydq.a1@nldc.evn.vn 3Trường Điện ‒ Điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Tel:0395956638, E-mail:long.dd181199@sis.hust.edu.vn 4Trường Điện ‒ Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, Tel: 0399716711, E-mail: anh.nt181086@sis.hust.edu.vn 5Trường Điện ‒ Điện tử, Đại học Bách khoa Hà Nội, Tel: 0397092361; E-mail: nam.nh192237@sis.hust.edu.vn Tóm tắt: Lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn là một trong các nhiệm vụ quan trọng của quy hoạch lưới điện phân phối. Bài toán lựa chọn tiết diện dây dẫn thường được mô hình dưới dạng quy hoạch phi tuyến nguyên thực hỗn hợp (MINLP). Tuy nhiên, mô hình MINLP thường không đảm bảo tìm được nghiệm tối ưu toàn cục. Bài báo này đề xuất mô hình quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP) để lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫn của lưới điện phân phối. Hàm mục tiêu là cực tiểu chi phí vòng đời của đường dây, bao gồm vốn đầu tư và chi phí vận hành. Các ràng buộc được xem xét bao gồm hệ phương trình trào lưu công suất, giới hạn nhiệt của đường dây, giới hạn điện áp tại các nút, giới hạn ngân sách đầu tư và đường trục sử dụng cùng tiết diện dây dẫn. Mô hình MIQP được biến đổi từ mô hình MINLP sử dụng phương pháp trào lưu công suất tuyến tính cho lưới phân phối và kỹ thuật tuyến tính hóa chính xác tích của biến nhị phân và biến liên tục. Mô hình MIQP có thể được giải sử dụng các phần mềm thương mại như CPLEX/GAMS. Mô hình MIQP đề xuất được đánh giá sử dụng lưới điện 102 nút huyện Lục Ngạn, tỉnh Bắc Giang, Việt Nam, năm 2021. Các kết quả tính toán cho thấy sự chính xác và hiệu quả của phương pháp đề xuất. Ngoài ra, tiết diện dây dẫn sử dụng mô hình tối ưu đề xuất có hiệu quả kinh tế tốt hơn so với tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo phương pháp đang được áp dụng ở Việt Nam. Từ khóa: Lưới điện phân phối; Lựa chọn tiết diện dây dẫn; Chi phí vòng đời (LCC); Quy hoạch toàn phương nguyên thực hỗn hợp (MIQP). Abstract: Optimal selection of conductor size is one of the crucial subproblems of the distribution system planning process. The problem of conductor size selection is often modelled as a Mixed-Integer Nonlinear Programming (MINLP). However, the MINLP model often does not guarantee convergence to a globally optimal solution. This paper proposes a Mixed-Integer Quadratic Programming (MIQP) model as a way of selecting the cross-sectional area of the conductor in distribution grids optimally. The 343 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 objective function is to minimize the life cycle cost of lines which encompasses both capital investment and operating costs. Constraints in the proposed optimization model consist of power flow equations, thermal loading limit, voltage magnitude bounds, investment budget limit, and the same conductor size for the main feeder. The MIQP model is transformed from the MINLP model by deploying the linear power flow method for distribution grids and exact linearization of the product of binary and continuous variables. The MIQP model can be solved using commercial software such as CPLEX/GAMS. The developed MIQP model is validated using a real distribution grid of 102 buses in Luc Ngan district, Bac Giang province, Vietnam, in 2021. The calculation results reveal the accuracy and efficiency of the optimization methodology proposed. In addition, from a life cycle cost perspective, the proposed technique’s conductor size is more economical than that derived from the current method in Vietnam. Keywords: Power Distribution Systems; Conductor Size Selection; Life Cycle Cost (LCC); Mixed-Integer Quadratic Programming (MIQP). KÝ HIỆU Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa avhD Hệ số vận hành của đường dây, avhD  0,07 mij Số mạch của đường dây r Hệ số chiết khấu, r = 7% LsF Hệ số tổn thất, LsF = 0,4 cΔA $/MWh Giá tiền 1 MWh điện năng tổn thất, cΔA  75 $/MWh N năm Tuổi thọ của đường dây, N = 20 năm t năm Chỉ số thời gian N Tập các nút của lưới điện phân phối L Tập các nhánh của lưới điện S Tập các tiết diện dây dẫn được sử dụng i Tập các nút được kết nối trực tiếp với nút i T Tập các đường dây thuộc trục chính của lưới điện phân phối Pij ,k , Qij ,k pu Công suất tác dụng và phản kháng trên nhánh ij ứng với tiết diện k Pij , Qij pu Công suất tác dụng và phản kháng trên nhánh ij ˆ ˆ Pij , Qij pu Công suất tác dụng và phản kháng trên nhánh ij theo mô hình MD K 0,k $/km Suất vốn đầu tư tương ứng với tiết diện loại k zij ,k ...