Giảm tổn thất công suất cho xuất tuyến trung thế bằng biện pháp bù công suất phản kháng theo đồ thị phụ tải ngày sử dụng thuật toán di truyền

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
66 Số 20 
GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT CHO XUẤT TUYẾN TRUNG THẾ 
BẰNG BIỆN PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG THEO ĐỒ THỊ PHỤ TẢI NGÀY 
SỬ DỤNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN 
REDUCTION OF POWER LOSSES ON MEDIUM VOLTAGE FEEDER 
BY REACTIVE POWER COMPENSATION ACCORDING TO DAILY LOAD CURVE 
USING GENETIC ALGORITHM 
Nguyễn Anh Minh1, Trần Anh Tùng2 
1
Trung tâm Điều độ hệ thống điện TP Hà Nội, 
2
Trường Đại học Điện lực 
Ngày nhận bài: 06/06/2019, Ngày chấp nhận đăng: 30/07/2019, Phản biện: TS. Nguyễn Mạnh Quân 
Tóm tắt: 
Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu tính toán tối ưu dung lượng công suất phản kháng cần bù 
căn cứ theo đồ thị phụ tải ngày của xuất tuyến 472E1.13 thuộc Công ty Điện lực Đống Đa. Đồ thị 
phụ tải điển hình của các ngày làm việc và cuối tuần trong mùa hè và mùa đông 2018 thu thập từ 
hệ thống đo xa được sử dụng làm cơ sở dữ liệu để tính toán. Thuật toán di truyền được ứng dụng 
để tối ưu dung lượng bù tại các trạm biến áp trên xuất tuyến 472E1.13 theo hàm mục tiêu tổn thất 
công suất cực tiểu. Kết quả tính toán chỉ ra rằng tổn thất công suất trên toàn xuất tuyến giảm được 
trung bình 5% so với hiện trạng bù khi dung lượng bù tại các trạm biến áp được tối ưu hóa. Từ đó, 
phương thức vận hành của các bộ tụ bù có thể được hiệu chỉnh một cách phù hợp theo phụ tải để 
giảm tổn thất trên lưới điện phân phối. 
Từ khóa: 
Bù công suất phản kháng, đồ thị phụ tải, tổn thất công suất, thuật toán di truyền, tụ bù. 
Abstract: 
This paper presents investigation results on the optimization of reactive power compensation based 
on daily load curve of 472E1.13 feeder, which belong to distribution network of Dong Da power 
company. Typical daily load curves of weekdays and weekends in summer and winter 2018 were 
gathered from remote meters. Genetic algorithm was applied to find out optimized reactive power 
compensation at each substations of 472E1.13 feeder with constraints of minimum power losses. 
The results showed that power losses could decrease by 5% in average with respect to current 
losses. As a result, operation mode of capacitor banks should be adjusted accordingly to load curves 
to reduce power losses on electrical distribution network. 
Keywords: 
Reactive power compensation, load curve, power losses, genetic algorithm, capacitor bank.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 67 
1. MỞ ĐẦU 
Vấn đề bù tối ưu công suất phản kháng 
trên lưới điện phân phối đã được nghiên 
cứu rộng rãi và triển khai qua nhiều công 
trình sử dụng các phương pháp tối ưu 
khác nhau. Phần lớn các nghiên cứu này 
thực hiện tính toán tối ưu công suất phản 
kháng cho chế độ phụ tải tĩnh của lưới 
điện [1]. Mặc dù một số lợi ích được chỉ 
ra tuy nhiên các phương pháp này khó có 
thể áp dụng trên lưới điện vận hành theo 
thời gian thực bởi tối ưu trong chế độ này 
nhưng không phải là tối ưu trong chế độ 
khác. Chính vì vậy, phương pháp tối ưu 
phải tiếp cận trên quan điểm vận hành 
động của lưới điện hoặc ít nhất cũng có 
thể áp dụng trong những khoảng thời gian 
dài hơn. Toàn bộ dữ liệu phụ tải trong 
một ngày có thể được chấp nhận cho bài 
toán tối ưu động. 
Mặt khác, bài toán tối ưu động đặt ra 
những thách thức về khả năng tính toán 
cũng như thời gian tính toán bởi quy mô 
toán học đã trở nên phức tạp hơn nhiều. 
Hơn nữa, lời giải về điều chỉnh điện áp 
hoặc công suất phản kháng tối ưu của bài 
toán động có thể tác động đến các máy 
biến áp điều chỉnh dưới tải và các bộ tụ 
bù đóng cắt tự động. Tần suất đóng cắt 
thay đổi theo lời giải bài toán có thể đặt ra 
thách thức về tuổi thọ và chi phí vận 
hành, bảo dưỡng của các thiết bị này. Một 
số nghiên cứu đã cố gắng đưa thông số 
tần suất đóng cắt ngày của các bộ tụ hoặc 
tần suất chuyển nấc phân áp của máy biến 
áp vào hàm mục tiêu của bài toán tối ưu. 
Tuy nhiên, các kết quả có độ chính xác 
không cao khi áp dụng cho lưới điện có 
quy mô lớn do chi phí vận hành liên quan 
đến sự đóng cắt tụ hoặc chuyển nấc phân 
áp rất khó ước tính [2]. 
Một cách tiếp cận thứ hai phù hợp hơn 
với sự vận hành của lưới điện phân phối 
là tối ưu bù công suất phản kháng theo đồ 
thị phụ tải ngày trong đó đồ thị phụ tải 
được chia nhỏ theo các giờ vận hành (xem 
hình 1) [3-5]. Cách tiếp cận như vậy cho 
phép đưa về bài toán gần tĩnh và có thể áp 
dụng các phương pháp tối ưu tĩnh quen 
thuộc. Lợi ích của cách tiếp cận này là 
đơn giản hóa quá trình tối ưu và giảm 
đáng kể thời gian tính toán mà không làm 
mất đi độ chính xác của lời giải khi mà đồ 
thị phụ tải được thu thập từ các đo lường 
chính xác của công tơ điện tử đo xa. 
Từ đó, bài báo này giới thiệu giải pháp bù 
tối ưu công suất phản kháng trên xuất 
tuyến 472E1.13 theo đồ thị phụ tải sử 
dụng thuật toán di truyền. 
2. ĐỒ THỊ PHỤ TẢI CÁC NGÀY ĐIỂN 
HÌNH CỦA XUẤT TUYẾN 472E1.13 
Sơ đồ một sợi của xuất tuyến 472E1.13 
trên đó vị trí và dung lượng các bộ tụ bù 
cứng theo hiện trạng hiện nay được giới 
thiệu trên hình 1. 
Để phục vụ tính toán dung lượng bù tối 
ưu của các bộ tụ bù này theo đồ thị phụ 
tải, dữ liệu phụ tải theo giờ của các trạm 
biến áp trên xuất tuyến được thu thập cho 
hai loại ngày bao gồm ngày làm việc và 
ngày cuối tuần của mùa hè và mùa đông 
năm 2018 (xem hình 2, hình 3, hình 4 và 
hình 5). Các ngày mùa hè được lựa chọn 
ứng với nhiệt độ nóng nhất trong khi các 
ngày mùa đông được lựa chọn ứng với 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
68 Số 20 
nhiệt độ lạnh nhất trong các thời kỳ đó. 
Dữ liệu phụ tải theo từng thời điểm trong 
ngày cho phép đưa về bài toán gần tĩnh và 
áp dụng thuật toán di truyền để tính toán 
lại dung lượng bù tối ưu của các bộ tụ tại 
các thời điểm đó. 
Hình 1. Sơ đồ một sợi của xuất tuyến 472E1.13 
Hình 2. Đồ thị phụ tải ngày chủ nhật 01-07-2018 
của xuất tuyến 472E1.13 
Hình 3. Đồ thị phụ tải ngày thứ tư 11-07-2018 
của xuất tuyến 472E1.13 
Hình 4. Đồ thị phụ tải ngày thứ tư 26-12-2018 
của xuất tuyến 472E1.13 
Hình 5. Đồ thị phụ tải ngày chủ nhật 30-12-2018 
của xuất tuyến 472E1.13 
3. THUẬT TOÁN DI TRUYỀN TÍNH 
TOÁN BÙ TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN 
KHÁNG 
Mục đích của bài toán tối ưu là xác định 
dung lượng bù tại các trạm biến áp sao 
472
Kim Liên C3
400kVA
Kim Liên C4
1000kVA
Kim Liên C
1000kVA
B20 Kim Liên
630kVA
B21 Kim Liên
630kVA
Khương Thượng 3
630kVA
Cầu Trung Tự
400kVA
Hồ Kim Liên
630kVA
Kim Liên E
630kVA
Kim Liên E3
630kVA
E2 Kim Liên
400kVA
E1B Phương Mai
400kVA
BV Việt Pháp
1250kVA
Viện Lão Khoa 2
1000kVA
TT Ung bướu
1500kVA
389m
162m
364m
71m
182m
219m
404m
392m
226m
320m
807m
159m
337m
553m
558m
40kVar
100kVar
300kVar
60kVar
60kVar
60kVar
40kVar
60kVar
60kVar
60kVar
40kVar
40kVar
100kVar
100kVar
100kVar
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 69 
cho tổn thất công suất là cực tiểu trên xuất 
tuyến. 
Hàm mục tiêu cần tối thiểu hóa như sau: 
𝐹 = 𝑚𝑖𝑛∆𝑃 (1) 
Các ràng buộc cần thỏa mãn bao gồm: 
0,95 ≤ 𝑈𝑖(𝑝𝑢) ≤ 1,05 (2) 
𝐼𝑖𝑗 ≤ 𝐼𝑐𝑝 (3) 
0 ≤ 𝑄𝑏 ≤ 𝑄𝑡ả𝑖 (4) 
Trong đó: F là hàm mục tiêu cần tối thiểu 
hóa; ΔP là tổn thất công suất của toàn 
xuất tuyến; Ui là điện áp tại các điểm nút; 
Iij là dòng điện chảy trên nhánh ij; Icp là 
dòng điện cho phép trên nhánh ij; Qb là 
công suất phản kháng cần bù; Qtải là công 
suất phản kháng yêu cầu của phụ tải. 
Thuật toán di truyền được áp dụng trong 
đó dung lượng bù tại các trạm biến áp 
được coi là các biến hay các cá thể. Mỗi 
cá thể này được mã hóa bởi một nhiễm 
sắc thể. Tại mỗi thế hệ, các cá thể tốt nhất 
sẽ được di truyền mã gien cho thế hệ con 
cháu tiếp theo. Các thông số của thuật 
toán di truyền được ứng dụng cho bài toán 
bù tối ưu công suất phản kháng được báo 
cáo trong bảng 1. 
Bảng 1. Các thông số của thuật toán di truyền 
Thông số Giá trị 
Số lượng cá thể 50 
Số bước lặp tối đa 100 
Sai số của hàm mục tiêu 10-6 
Trực giao Có 
Đột biến 0,1 
 Lưu đồ thuật toán của giải thuật di truyền 
cho bài toán bù tối ưu công suất phản 
kháng theo đồ thị phụ tải được giới thiệu 
trên hình 6. Để tăng tốc độ khi tính toán 
trào lưu công suất tại các vòng lặp, các tác 
giả sử dụng thuật toán dòng điện nút 
tương đương đã được đồng tác giả công 
bố trước đây [6-7]. 
4. KẾT QUẢ 
Hình 6. Lưu đồ thuật toán sử dụng giải thuật 
di truyền để tính toán dung lượng bù tối ưu 
công suất phản kháng 
Hiện nay các bộ tụ bù cứng hạ thế đang 
được sử dụng để bù công suất phản kháng 
trên xuất tuyến 472E1.13 với dung lượng 
Đọc dữ liệu lưới điện
Khởi tạo quần thể đầu tiên (dung 
lượng bù của các trạm biến áp)
Tính toán Hàm mục
tiêu (ΔP)
Lựa chọn các cá thể
tốt nhất
Trực giao
Đột biến
Tính toán Hàm mục
tiêu (ΔP)
Độ lệch của
hàm mục
tiêu <Sai số
Kết thúc
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
70 Số 20 
khoảng 10% công suất định mức của các 
trạm biến áp. Với hiện trạng bù này, tổn 
thất điện năng trong tháng 10 năm 2018 
của xuất tuyến 472E1.13 lên đến 5,4% 
theo báo cáo của Công ty Điện lực Đống 
Đa. 
Hình 7. Tổn thất công suất ngày chủ nhật 
01/07/2018 trước và sau khi tối ưu dung lượng bù 
Hình 8. Tổn thất công suất ngày thứ tư 11/07/2018 
trước và sau khi tối ưu dung lượng bù 
Hình 9. Tổn thất công suất ngày thứ tư 26/12/2018 
trước và sau khi tối ưu dung lượng bù 
Chính vì vậy, tối ưu lượng công suất phản 
kháng cần bù là một giải pháp rất hữu ích 
để làm giảm tổn thất. 
Tổn thất công suất tác dụng trên toàn xuất 
tuyến 472E1.13 trước và sau khi tối ưu 
dung lượng bù bằng thuật toán di truyền 
cho các ngày điển hình được giới thiệu 
trên các hình 7, hình 8, hình 9 và hình 10. 
Hình 10. Tổn thất công suất ngày chủ nhật 
30/12/2018 trước và sau khi tối ưu dung lượng bù 
Hình 11. Dung lượng bù tối ưu tại các trạm 
trong ngày chủ nhật 01/07/2018 
Hình 12. Dung lượng bù tối ưu tại các trạm 
trong ngày thứ tư 11/07-/2018 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 71 
Hình 13. Dung lượng bù tối ưu tại các trạm 
trong ngày thứ tư 26/12/2018 
Hình 14. Dung lượng bù tối ưu tại các trạm 
trong ngày chủ nhật 30/12/2018 
Bảng 2. Mức độ giảm được tổn thất công suất 
trung bình do tối ưu dung lượng bù trong các 
ngày điển hình 
Ngày Giá trị 
Chủ nhật 01/07/2018 4,88% 
Thứ tư 11/07/2018 5,94% 
Thứ tư 26/12/2018 6,55% 
Chủ nhật 30/12/2018 6,30% 
Dung lượng bù tối ưu tại các thời điểm 
trong các ngày điển hình được giới 
thiệu trên các hình 11, hình 12, hình 13 và 
hình 14. 
Mức độ giảm tổn thất công suất trung 
bình trên xuất tuyến 472E1.13 do tối ưu 
dung lượng bù trong các ngày điển hình 
được báo cáo trong bảng 2. 
Từ kết quả tính toán có thể thấy rằng việc 
sử dụng tụ bù cứng với công suất bù cố 
định không phù hợp với sự biến thiên của 
phụ tải. Trong khi đó dung lượng bù được 
tính toán theo đồ thị phụ tải cho phép 
giảm được trung bình 5% tổn thất công 
suất. Việc thay đổi dung lượng bù tại các 
trạm theo điều kiện thực tế của phụ tải có 
thể thực hiện được một khi đã có hệ cơ sở 
dữ liệu của các trạm biến áp theo thời 
gian thực. Các tính toán lượng công suất 
phản kháng cần bù tối ưu được tính toán 
theo bộ dữ liệu phụ tải và kết hợp với việc 
sử dụng các bộ tụ ứng động có điều khiển. 
Từ đó việc điều khiển các cấp tụ có thể 
được cài đặt theo khung giờ vận hành sao 
với các trị số dung lượng cần bù gần nhất 
với dung lượng bù tối ưu đã tính toán. 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo này giới thiệu kết quả tính toán 
bù tối ưu công suất phản kháng trên lưới 
điện phân phối theo đồ thị phụ tải sử dụng 
thuật toán di truyền. Kết quả chỉ ra rằng 
tổn thất công suất trên xuất tuyến 
472E1.13 có thể giảm được trung bình 
5% so với hiện trạng khi dung lượng bù 
tại các trạm được tối ưu theo đồ thị phụ 
tải. Chính vì vậy, phương thức vận hành 
của các bộ tụ bù cần được tính toán thay 
đổi để phù hợp với đồ thị phụ tải nhằm 
đạt được hiệu quả vận hành tốt nhất cho 
lưới điện phân phối. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
72 Số 20 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Frano Tomaševiü, Kristina Baranašiü, Marko Delimar, Reactive Power Optimization Based on Load 
Profile Partitioning, ENERGYCON, Dubrovnik, Croatia, 2014. 
[2] M.B. Liu, Claudio A. Canizares and W. Huang, Reactive power and voltage control in distribution 
systems with limited switching operations, IEEE Trans. Power Systems, vol. 24, no. 2, pp. 889-
899, May 2009. 
[3] S. Salamat Sharif, J.H. Taylor and E.F. Hill, Dynamic online energy loss minimization, IEE 
Proceedings - Gener. Transm. Distr., vol. 148, no. 2, March 2001. 
[4] Guangfei Geng, Jiaqi Liang, Ronald G. Harley and Ruiquian Qu, Load profile partitioning and 
dynamic reactive power optimization, in Power System Technology (POWERCON), 2010. 
[5] Z.H. Bie, Y.H. Song, X.F. Wang, G.A. Taylor and M.R. Irving, A transition optimized approach to 
reactive power and voltage control, in Power Engineering Society General Meeting, June 2004. 
[6] Trần Thanh Sơn, Trần Anh Tùng, Tính toán tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối bằng 
thuật toán dòng điện nút tương đương, Tạp chí Khoa học và Công Nghệ Đại học Đà Nẵng, số 
11(96), quyển 1, trang 57-61, 2015. 
[7] Trần Thanh Sơn, Trần Anh Tùng, Bù tối ưu công suất phản kháng sử dụng thuật toán dòng điện 
nút tương đương và thuật toán di truyền, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự, 
Số đặc san 07-2017, trang 27-34 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Nguyễn Anh Minh tốt nghiệp Trường Đại học Điện lực chuyên ngành hệ 
thống điện năm 2017. Hiện nay tác giả là kỹ sư điều độ tại Trung tâm Điều độ hệ 
thống điện thành phố Hà Nội. 
Lĩnh vực nghiên cứu: hệ thống DMS, SCADA cho lưới điện phân phối, hệ thống bảo 
vệ, cảnh báo sự cố hệ thống điện. 
Tác giả Trần Anh Tùng nhận bằng Tiến sĩ tại Đại học Toulouse III, chuyên ngành kỹ 
thuật điện năm 2012. Tác giả hiện nay là Trưởng Bộ môn Mạng và Hệ thống điện, 
Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: tối ưu khả năng tải của cáp ngầm cao thế, lưới điện thông 
minh, vật liệu cách điện nanocomposites. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 73 
 . 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
74 Số 20