Tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm tổn thất công suất

Trong khi đĩ, biện pháp tái cấu trúc lưới thơng qua việc chuyển tải bằng cách đĩng/mở các cặp khố điện cĩ sẵn trên lưới cũng cĩ thể giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng

Trang 1

HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang iv GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của em gửi đến Phó Giáo Sư - Tiến Sĩ Phan Thị Thanh Bình, người đã tận tụy hướng dẫn

em trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này

Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM đã giảng dạy em trong suốt hai năm học

Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất cả các đồng nghiệp, bạn bè đã giúp đỡ tôi về tinh thần, vật chất và công sức trong suốt quá trình học tập cũng như để hoàn thành luận văn này

Xin trân trọng cảm ơn !

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2012

Nguyễn Minh Quân

Trang 2

HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang v GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

TÓM TẮT

Hệ thống điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến

hộ tiêu thụ Vì lý do kỹ thuật, nó luôn được vận hành theo kiểu hình tia, mặc dù được thiết kế theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện Theo thống kê của Điện lực Việt Nam thì tổng tổn thất điện năng khoảng từ 10-15% sản lượng điện sản xuất, trong đó lưới điện phân phối chiếm 5-7% Do đó nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối là một nhu cầu bức xúc, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế

Đề xuất một giải thuật mới tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng dựa theo luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây (Plant growth simulation algorithm – PGSA) Sử dụng giải thuật đề nghị vào bài toán tìm trạng thái khóa điện tối ưu của lưới điện nhằm làm giảm tổn thất công suất tác dụng

u điểm của giải thuật là đơn giản, tìm được lời giải một cách nhanh chóng, thỏa các điều kiện ràng buộc, kết quả có thể chấp nhận được, phù hợp với lưới điện không phức tạp, ít vòng kín, có tính khả thi cao khi áp dụng cho lưới điện phân phối của Việt Nam

Thông qua các kết quả khảo sát trên LĐPP từ đơn giản đến phức tạp đều cho thấy sau khi tái cấu hình lưới, tổn thất công suất giảm đáng kể và từ đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Điều này cho thấy tính đúng đắn, hiệu quả của hàm mục tiêu và giải thuật

Trang 3

HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang vi GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

M CăL C

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan iii

Lời cảm ơn iv

Tóm tắt v

Mục lục vi

Danh sách các chữ viết tắt x

Danh sách các bảng xi

Danh sách các hình xii

Ch ngă1 Gi iăThi uăLu năVĕn 01

1.1 Đặt vấn đề 02

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 03

1.3 Phạm vi nghiên cứu 03

1.4 Phương pháp giải quyết bài toán 03

1.5 Điểm mới của luận văn 04

1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn 04

1.7 Bố cục của luận văn 05

Ch ngă2: Tổngăquanăv ăcácăph ngăphápătáiăc uătrúc đ ăgi mătổnăth tăchoă l iăđi năphơnăph i 06

2.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối 07

2.1.1 nh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật của hệ thống điện 08

2.1.2 Cấu trúc lưới điện 08

2.2 Hiện trạng và đặc điểm của lưới điện phân phối ở Việt Nam 10

2.3 Các bài toán tái cấu hình lưới điện ở góc độ vận hành 11

Trang 4

HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang vii GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

2.4 Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc để giảm tổn thất cho lưới điện phân

phối 12

2.4.1 Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín 12

2.4.2 Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh 14

2.4.3 Giải thuật di truyền (Genetic algorithm (GA) 16

2.4.4 Giải thuật đàn kiến (Ant colony algorithm - ACS) 18

2.4.5 Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network - ANN) 20

2.4.6 Hệ chuyên gia 21

2.4.7 Phương pháp tìm kiếm TABU (Tabu Search Method - TS) 21

2.4.8 Phương pháp bầy đàn ( Particle Swarm Method - PSO) 23

Ch ngă3: Ph ngăphápăti păc n 25

3.1 Bài toán tái cấu trúc mạng để giảm tổn thất công suất 26

3.2 Giới thiệu giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây 27

3.3 Giới thiệu giải thuật giảm tổn thất công suất 32

3.4 Xây dựng giải thuật đề nghị để tìm trạng thái khóa điện tối ưu dựa trên thuyết tăng trưởng cây của PGSA 32

3.4.1 Lưới điện hình tia 32

3.4.2 Quá trình xây dựng cấu trúc lưới điện 33

3.4.3 Xây dựng giải thuật chọn kết nối phù hợp 33

3.3.4 Xây dựng lưu đồ giải thuật 33

Ch ngă4: Víăd ăki mătraăgi iăthu t 42

4.1 Ví dụ mạng 3 nguồn (16 nút, 16 nhánh) 43

4.2 Ví dụ mạng 1 nguồn (33 nút, 37 nhánh) 46

Ch ngă5: K tălu năvƠăh ngăphátătri năđ ătƠi 50

5.1 Kết luận 51

5.2 Hướng phát triển của đề tài 51

TƠiăli uăthamăkh o 53

Ph ăl c 55

Trang 5

HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang viii GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

TCTLĐ: tái cấu trúc lưới điện

LĐPP: lưới điện phân phối

GA: giải thuật di truyền

ACS: Giải thuật đàn kiến

ANN: phương pháp mạng thần kinh nhân tạo

PSO: phương pháp bầy đàn

TS: phương pháp bảng tìm kiếm

SA: phương pháp mô phỏng luyện kim

PGSA: Giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây

Trang 6

HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang ix GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

Trang

Bảng 2.1 Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC 10

Bảng 2.2 Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới 12

Bảng 4.1 Dữ liệu lưới điện 3 nguồn của Civanlar 44

Bảng 4.2 Trình tự kết nối phụ tải vào lưới điện 3 nguồn 44

Bảng 4.3 Kết quả mô phỏng lưới điện 3 nguồn 45

Bảng 4.4 Bảng dữ liệu lưới điện 1 nguồn 47

Bảng 4.5 Kết quả mô phỏng lưới điện 1 nguồn 48

Bảng 4.6 Kết quả giải thuật đề nghị và các giải thuật khác trên lưới điện một nguồn 48

Trang 7

HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang x GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 2.1 Tổn thất điện năng của EVN 08

Hình 2.2a Sơ đồ lưới điện hình tia 09

Hình 2.2b Sơ đồ cung cấp điện kín vận hành hở 09

Hình 2.3 Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐTA khu vực miền Nam 10

Hình 2.4 Giải thuật của Merlin và Back được chỉnh sửa 13

Hình 2.5 Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự 15

Hình 2.6 Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn (PSO) 23

Hình 3.1 không gian trạng thái tập trung Morphactin 27

Hình 3.2a Mạch ví dụ ban đầu 28

Hình 3.2b Mạch trường hợp 1 28

Hình 3.2c Mạch trường hợp 2 29

Hình 3.2d Mạch trường hợp 3 29

Hình 3.3 Sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến 30

Hình 3.4 Lưới điện 3 nguồn của Civanlar 32

Hình 3.5 Lưu đồ giải thuật đề nghị 34

Hình 3.6 Ma trận nút mô tả tập nguồn, tập tải và các nút có khả năng liên kết với nhau 35

Hình 3.7 Ma trận mô tả lưới điện hình tia 37

Hình 3.8 Ma trận mô tả các nút đư được cấp điện 37

Hình 3.9 Cấu trúc lưới điện khi mở tất cả các khóa điện 38

Hình 3.10 Cấu trúc lưới điện sau bước thứ nhất 39

Hình 3.11 Cấu trúc lưới điện sau bước thứ hai 40

Hình 3.12 Cấu trúc lưới điện sau bước thứ mười hai 41

Hình 4.1 Cấu trúc lưới điện 3 nguồn lúc ban đầu 43

Hình 4.2 Cấu trúc lưới điện 3 nguồn sau khi cấu trúc lại 45

Hình 4.3 Cấu trúc lưới điện 1 nguồn lúc ban đầu 46

Hình 4.4 Cấu trúc lưới điện 1 nguồn sau khi cấu trúc lại 49

Trang 8

HVTH: Nguyễn Minh Quân Trang 1 GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

GI IăTHI UăLU NăVĔN

Trang 9

1.1 ĐẶTăV NăĐ

Hệ thống điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến

hộ tiêu thụ Vì lý do kỹ thuật, nó luôn được vận hành theo kiểu hình tia, mặc dù

được thiết kế theo kiểu mạch vòng để tăng độ tin cậy trong quá trình cung cấp điện

Theo thống kê của Điện lực Việt Nam thì tổng tổn thất điện năng khoảng từ 10-15%

sản lượng điện sản xuất, trong đó lưới điện phân phối chiếm 5-7% Do đó nghiên

cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối là một nhu cầu bức

xúc, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế

Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng trên lưới điện

phân phối như: nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, tăng tiết diện dây

dẫn, hoặc giảm truyền tải công suất phản kháng trên lưới điện bằng cách lắp đặt tụ

bù Tuy các biện pháp này đều mang tính khả thi về kỹ thuật nhưng lại tốn các chi

phí đầu tư và lắp đặt thiết bị Trong khi đó, biện pháp tái cấu trúc lưới thông qua

việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp khoá điện có sẵn trên lưới cũng có thể

giảm tổn thất điện năng đáng kể khi đạt được cân bằng công suất giữa các tuyến dây

mà không cần nhiều chi phí để cải tạo lưới điện Không chỉ dừng lại ở mục tiêu

giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc lưới điện phân phối còn có thể nâng cao khả

năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị

mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây

Trong quá trình vận hành, thực tế việc tái cấu trúc lưới nhằm giảm tổn thất

năng lượng trong điều kiện phải thoả mưn các ràng buộc kỹ thuật với hàng trăm

khoá điện trên hệ thống điện phân phối là điều vô cùng khó khăn đối với các điều

độ viên Do đó luôn cần một phương pháp phân tích phù hợp với lưới điện phân

phối thực tế và một giải thuật đủ mạnh để tái cấu trúc lưới trong điều kiện thoả mưn

các mục tiêu điều khiển của các điều độ viên

1.2 ăM CăTIểUăVÀăNHI MăV ăC AăLU NăVĔN

Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối theo

hình tia nhằm giảm tổn thất công suất, nhằm giúp tăng lợi ích kinh tế cho doanh

Trang 10

nghiệp bao gồm doanh nghiệp bán điện (EVN), các doanh nghiệp sản xuất, dịch vụ,

thương mại và nhân dân trên các tuyến đường dây đang cung cấp

Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn

đề sau:

1 Đọc các bài báo viết về tái cấu trúc lưới điện từ trước đến nay trên thế giới

Phân loại theo các phương pháp khác nhau

2 Đánh giá các phương pháp

3 Đề nghị một phương pháp để tái cấu trúc lưới điện để giảm tổn thất công

suất

4 Xây dựng hàm mục tiêu đạt mục đích đặt ra

5 Kiểm chứng trên lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề

xuất

6 Lập trình trên máy tính và chạy kiểm tra phương pháp đề nghị

7 Đánh giá lại phương pháp thực hiện và khả năng áp dụng phương pháp đề

nghị vào thực tế Đồng thời đề xuất hướng nghiên cứu phát triển đề tài

1.3 ăPHẠMăVIăNGHIểNăC U

Nghiên cứu xoay quanh bài toán tái cấu trúc lưới trên lưới điện phân phối có

cấu trúc mạch vòng nhưng vận hành hình tia Bài toán tái cấu trúc được nghiên cứu

trong luận án này là: Bài toán tái cấu trúc lưới để giảm tổn thất công suất

1.4 ăPH NGăPHỄPăNGHIểNăC U

đây chúng ta sử dụng các phương pháp sau:

1 Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề tái cấu trúc

lưới điện

2 Cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu

3 Thành tựu lý thuyết đư đạt được có liên quan đến đề tài nghiên cứu

4 Kết quả nghiên cứu của đồng nghiệp đư công bố trên các ấn phẩm và có liên

quan đến đề tài nghiên cứu

5 Các số liệu thống kê liên quan đến đề tài nghiên cứu

Trang 11

6 Dựa trên luật tăng trưởng của PGSA (Plant Growth Simulation Algorithm) để

tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm tổn thất công suất

1.5 ăĐI MăM IăC AăLU NăVĔN

Đề xuất một giải thuật mới tái cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng

dựa theo luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng tăng trưởng cây (Plant

growth simulation algorithm – PGSA) Sử dụng giải thuật đề nghị vào bài toán tìm

trạng thái khóa điện tối ưu của lưới điện nhằm làm giảm tổn thất công suất tác dụng

u điểm của giải thuật là đơn giản, tìm được lời giải một cách nhanh chóng, thỏa

các điều kiện ràng buộc, kết quả có thể chấp nhận được, phù hợp với lưới điện

không phức tạp, ít vòng kín, có tính khả thi cao khi áp dụng cho lưới điện phân phối

của Việt Nam

1.6 ăGIỄăTR ăTH CăTI N

Khi đề xuất giải thuật dựa trên luật tăng trưởng cây của giải thuật mô phỏng

tăng trưởng cây để tái cấu trúc lại lưới điện phân phối ở Việt Nam nhằm giảm tổn

thất công suất thì:

1 Góp phần nâng cao chất lượng điện, khả năng truyền tải và khả nâng vận

hành lưới điện của Việt Nam ngày càng tốt hơn

2 Giúp giảm chi phí về vận hành, sửa chữa, cũng như giúp giảm tổn hao về

năng lượng

3 Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới

điện phân phối

4 Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện phân

phối

Trang 12

1.7 B C C C A LU NăVĔN

Luận văn được thực hiện bao gồm các chương sau:

Chương 1: Giới thiệu luận văn

Chương 2: Tổng quan về các phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối

Chương 3: Phương pháp tiếp cận

Chương 4: Ví dụ kiểm tra giải thuật

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Phụ lục và tài liệu tham khảo

Trang 13

T NGăQUANăV ăCỄC

PH NGăPHỄPăTỄIăC UăTRÚCă

L IăĐI NăPHỂNăPH I

Trang 14

2.1 ĐẶCăĐI M C AăL IăĐI N PHÂN PH I

Lưới điện phân phối (LĐPP) là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp từ các

trạm biến thế trung gian ( thường là các trạm: 110/22 kV, 110/35/22 kV, 35/22 kV)

đến khách hàng Đường dây truyền tải thường được vận hành mạch vòng hay mạch

tia, còn các đường dây phân phối luôn được vận hành hở trong mọi trường hợp

Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá

dòng Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có

các mạch vòng liên kết với các đường dây kế cận được cấp điện từ một trạm biến áp

trung gian khác hay từ chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố Việc khôi phục

lưới được thực hiện thông qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện nằm trên các

mạch vòng, do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khoá điện

Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (ánh sáng sinh

hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp …) và các phụ tải này được phân bố không

đồng đều giữa các đường dây Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và

luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa Vì vậy, trên các đường

dây, đồ thị phụ tải không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ

Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối

Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, các điều độ viên sẽ thay đổi cấu

trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên

lưới Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các loại khoá điện (Recloser, LBS, DS…) sẽ

được lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này vừa có

thể giảm chi phí vận hành và vừa giảm tổn thất năng lượng Hay nói cách khác, hàm

mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là cực tiểu chi phí vận hành

bao gồm cả chi phí chuyển tải và tổn thất năng lượng

Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất

hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thể

Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thoả mưn các điều kiện:

- Cấu trúc vận hành hở

- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép

Trang 15

- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp

- Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải

2.1.1 nhăh ởng đ năcácăch ătiêuăkinhăt -kỹăthu tăc aăh ăth ngăđi n

- Do là cầu nối trực tiếp giữa nguồn và khách hàng, do đó nó ảnh hưởng trực tiếp

đến chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ

- Tổn thất điện năng chiếm tỉ lệ lớn trong tổng tổn thất của hệ thống bao gồm: tổn

thất lưới truyền tải, phân phối, hạ áp

Hình 2.1: Tổn thất điện năng của EVN

- Vốn đầu tư cho mạng phân phối cũng chiếm tỷ trọng lớn: nếu chia theo tỷ lệ

vốn đầu tư theo thống kê cho thấy nếu đầu tư cho mạng cao áp là 1, thì mạng

trung áp từ 1,5 đến 2 lần, hạ áp từ 2 đến 2,5 lần

- Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo dưỡng theo kế hoạch cải

tạo, lắp đặt trạm mới trên lưới điện trung áp cũng nhiều hơn so với lưới truyền

tải

- Là khu vực khó xác định phương án vận hành hơn so với lưới truyền tải, và là

nơi chịu tác động nhiều nhất từ các điều kiện môi trường, thiết bị, nguồn dự

phòng,.v.v

2 1.2.ăC uătrúcăl iăđi n

Cấu trúc LĐPP đa dạng, phức tạp Số lượng nút, nhánh rất nhiều do đó việc

tính toán các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật gặp rất nhiều khó khăn, mặc dù trên thực tế đư

có khá nhiều phần mềm áp dụng để quản lý kể cả trong khâu kỹ thuật cũng như

Trang 16

khâu kinh doanh Lưới điện phát triển nhanh, trải rộng; các hộ phụ tải đa dạng, đan

xen

Chế độ vận hành bình thường lưới điện phân phối là vận hành hở Các sơ đồ

lưới điện thường gặp là: hình tia, hình tia có nguồn dự phòng (lưới điện kín vận

hành hở) Các sơ đồ trên có những ưu điểm như: vận hành đơn giản; trình tự phục

hồi lại kết cấu sau sự cố dễ dàng hơn; ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt

điện cục bộ

Một số sơ đồ cung cấp điện thường được sử dụng trong thực tế ở Việt Nam là:

Hình 2.2a: Sơ đồ lưới điện hình tia

Hình 2.2b: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở

Trang 17

2 2.ăTh cătr ng c aăl iăphơnăph iăc aăVi tăNam

LĐPP của Việt Nam tồn tại 3 cấp điện áp (35, 22, 15)kV, trong đó lưới 35kV

có khối lượng rất nhỏ mà chủ yếu là lưới (15, 22)kV

Đối với miền Nam trong thời gian vừa qua lưới 22kV các tỉnh phát triển mạnh

mẽ, nếu không tính hai khu vực TP.Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai, lưới 22kV khu

vực Tổng công ty điện lực Miền Nam quản lý chiếm 87,9% (theo dung lượng

TBA), 81,9% (theo khối lượng đường dây) Mặt khác ở khu vực này lưới 15kV hầu

hết được thiết kế theo tiêu chuẩn 22kV, do vậy ở khu vực này việc chuyển đổi lưới

15->22kV cơ bản là rất thuận lợi Trong một vài năm tới lưới 15kV cơ bản chuyển

thành lưới 22kV

Hình 2.3: Biểu đồ tỷ trọng các cấp điện áp LĐPP khu vực miền Nam

Trong những năm gần đây, Tổng Công ty điện lực Miền Nam đư đẩy mạnh phát

triển LĐPP, bình quân trong giai đoạn 5 năm từ 2007 đến 2011 phát triển trung bình

hơn 1.500 km đường dây phân phối và hơn 2.000 MVA dung lượng trạm biến áp

Bảng 2.1 Khối lượng LĐPP và tổng dung lượng trạm của EVN SPC

Trang 18

2 3.ă CỄCă BÀIă TOỄNă TỄIă C Uă TRÚC L I (TCTLĐ) ĐI Nă ă GịCă Đ ă

V NăHÀNH

Các bài toán vận hành LĐPP chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề sau:

giảm tổn thất công suất của lưới điện, cải thiện thời gian tái lập, cải thiện các hệ số

tin cậy của hệ thống, cải thiện khả năng tải của lưới điện, cải thiện tình trạng không

cân bằng tải, tối thiểu công suất tổn thất, giảm thiểu tổn thất của hệ thống lưới điện

không cân bằng, v.v Từ những mục tiêu cơ bản trên, chúng ta có thể tạm phân chia

bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối thành các bài toán nhỏ như sau:

- Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để

- Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến

thế nguồn ở các trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện

- Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa

- Bài toán 6: Xác định cấu trúc lưới theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất

bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới

bé nhất cùng đồng thời xảy ra ( hàm đa mục tiêu )

- Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới tối ưu chi phí trong vận hành và nâng cao độ

tin cậy cung cấp điện (Bài toán xét trong luận văn)

Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của một lưới điện phân phối cực tiểu

tổn thất năng lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thoả mưn các điều kiện kỹ thuật

vận hành luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ thống điện

Trang 19

Chi phí chuyển tải thấp, không

Chi phí chuyển tải cao, mất

Bảng 2.2 Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới

2.4 T NG QUAN V CÁC PH NGăPHỄPăĐ TÁI C U TRÚC Đ GI M

T N TH T CHO L IăĐI N PHÂN PH I

2.4.1 Gi iăthu tăc aăMerlinăvƠăBackăậ kỹăthu tăvòngăkín

Giải thuật của Merlin và Back [1] khá đơn giản: “Đóng tất cả các khoá điện lại

tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành mở lần

lượt các khoá có dòng chạy qua bé nhất cho đến khi lưới điện dạng hình tia”

đây Merlin và Back cho rằng với mạch vòng, lưới điện phân phối luôn có

mức tổn thất công suất bé nhất Vì vậy để có lưới điện phân phối vận hành hình tia,

Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có tổn thất công suất nhỏ nhất, quá

trình sẽ chấm dứt khi lưới điện đạt được trạng thái vận hành hở Các giải thuật tìm

kiếm nhánh và biên ứng dụng luật heuristic này mất rất nhiều thời gian do có khả

năng xảy ra đến 2ncấu trúc nếu có n đường dây được trang bị khoá điện

Hình 2.3 mô tả giải thuật của Merlin và Back, đư được Shirmohammadi và

Hong [2] bổ sung Giải thuật này chỉ khác so với giải thuật nguyên thủy của Merlin

và Back ở chỗ có xét đến điện thế ở các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến

dòng điện

Trang 20

Hình 2.4: Giải thuật của Merlin và Back được chỉnh sửa Shirmohammadi [2] là tác giả đầu tiên sử dụng kỹ thuật bơm vào và rút ra một

lượng cơng suất khơng đổi để mơ phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối

hoạt động hở về mặt vật lý nhưng về mặt tốn học là một mạch vịng Dịng cơng

suất bơm vào và rút ra là một đại lượng liên tục Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn

cịn bộc lộ nhiều nhược điểm, cĩ thể liệt kê như sau:

- Mặc dù đư áp dụng các luật heuristics, giải thuật này vẫn cần quá nhiều thời

gian để tìm ra được cấu trúc giảm tổn thất cơng suất

Đọc dữ liệu lưới điện và khoá điện

Đóng tất cảø khoá điện

Giải bài toán phân bố công suất và

thay thế tải bằng các các nguồn dòng

Giải bài toán phân bố công suất tối ưu

Mở khoá điện có dòng bé nhất

Đóngkhoá điện vừa mởMở khoá điện có dòng bé nhất tiếp theo

Vi phạm các điều kiện vận hành

Lưới điện hình tia

Xuất kết quả

Có

KhôngKhông

Có

Trang 21

- Tính chất không cân bằng và nhiều pha chưa được mô phỏng đầy đủ

- Tổn thất của thiết bị trên đường dây chưa được xét đến trong giải thuật

2.4.2 Gi iăthu tăc aăCivanlarăvƠăcácăc ngăs ăậ kỹăthu tăđổiănhánh

Giải thuật của Civanlar [3] dựa trên heuristics để tái cấu trúc lưới điện phân

phối, lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày tại hình 2.5 Giải thuật của Civanlar

được đánh giá cao nhờ:

- Xác định được hai qui luật để giảm số lượng khóa điện cần xem xét

 Nguyên tắc chọn khóa đóng : việc giảm tổn thất chỉ có thể đạt được

nếu như có sự chênh lệch đáng kể về điện áp tại khoá đang mở

 Nguyên tắc chọn khóa mở : việc giảm tổn thất chỉ đạt được khi thực

hiện chuyển tải ở phía có độ sụt áp lớn sang phía có sụt áp bé hơn

- Xây dựng được hàm số mô tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi có sự

thay đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu trúc

D

i iloop

* N M D

2 Re ) t (

Trong đó D : Tập các nút tải được dự kiến chuyển tải

Ii : Dòng điện tiêu thụ của nút thứ i

EM : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M

EN : Tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N

Rloop : Tổng các điện trở trên vòng kín khi đóng khoá điện đang mở

Biểu thức (1*) được rút ra từ phân tích mô hình tải phân bố tập trung Biểu thức

này tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lưới mẫu nhỏ nhưng chưa được kiểm

chứng ở lưới điện lớn

Trang 22

Hình 2.5 : Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự [3]

Kỹ thuật đổi nhánh thể hiện ở quá trình thay thế 01 khĩa mở bằng và 01

khố đĩng trong cùng một vịng để giảm tổn thất cơng suất Vịng được chọn để

đổi nhánh là vịng cĩ cặp khố đĩng/mở cĩ mức giảm tổn thất cơng suất lớn nhất

Quá trình được lặp lại cho đến khi khơng thể giảm được tổn thất nữa

Giảm số lần thao tác khoá điện bằng cách xem xét các luật heuristic

Tính toán tổn thất công suất cho các thao tác đóng cắt được đề nghị

Các thao tác đóng cắt làm giảm tổn thất công suất

Thực hiện thao tác đóng/cắt có mức độ giảm tổn thất công suất nhất

Phân bố công suất cho lưới điện mới

Kiểm tra quá tải và độ sụt áp cho phép

Chọn thao tác đóng/cắt kế tiếp

Hệ thống được xem là tối ưu

Không

Có

Không

Có

Trang 23

Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau :

- Nhanh chóng xác định phương án tái cấu trúc có mức tổn thất nhỏ hơn bằng

cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ qui tắc heuristics và sử dụng công thức thực

nghiệm để xác định mức độ giảm tổn thất tương đối

- Việc xác định dòng tải tương đối chính xác

Tuy nhiên, giải thuật cũng còn nhiều nhược điểm cần khắc phục:

- Mỗi bước tính toán chỉ xem xét 01 cặp khóa điện trong 01 vòng

- Chỉ đáp ứng được nhu cầu giảm tổn thất, chứ chưa giải quyết được bài toán cực

tiểu hóa hàm mục tiêu

- Việc tái cấu trúc hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc xuất phát ban đầu

2.4.3 G i iăthu tădiătruy nă(Genetic algorithm (GA)

Giải thuật di truyền - GA do D.E Goldberg đề xuất năm 1968, sau này được

phát triển bởi L.Davis và Z.Michalevicz Đây là thuật toán hình thành từ việc nhận

xét thế giới tự nhiên: Quá trình tiến hoá tự nhiên là quá trình tối ưu nhất, hoàn hảo

nhất

Đây được xem như một tiên đề đúng, không chứng minh được, nhưng phù hợp

với thực tế khách quan Tư tưởng chính của giải thuật di truyền là ban đầu phát sinh

ra 1 lúc nhiều lời giải khác nhau song song Sau đó những lời giải được tạo ra, chọn

những lời giải tốt nhất để làm cơ sở phát sinh ra những lời giải sau với nguyên tắc

‘càng về sau’ càng tốt hơn Quá trình đó cứ tiếp diễn cho đến khi tìm được lời giải

tối ưu trong thời gian cho phép Mục tiêu chính của giải thuật di truyền không nhằm

đưa ra lời giải chính xác mà đưa ra lời giải tương đối chính xác trong thời gian cho

phép Giải thuật di truyền tuy dựa trên tính ngẫu nhiên nhưng ngẫu nhiên có sự điều

khiển.Tính tối ưu của quá trình tiến hoá thể hiện ở chỗ thế hệ sau bao giờ cũng tốt

hơn (phát triển hơn, hoàn thiện hơn và phù hợp với môi trường hơn) thế hệ trước

Giải thuật này thích hợp cho việc tìm kiếm các bài toán có không gian nghiệm

lớn như: bài toán tìm kiếm mật mã khóa có 30 chữ số… Bên cạnh đó, bài toán tái

cấu trúc mạng phân phối điện với số lượng khóa vô cùng lớn nên không gian

nghiệm của bài toán này rất lớn, bài toán này đòi hỏi phải tìm ra được cấu trúc tối

Trang 24

ưu trong thời gian nhanh nhất Như vậy thuật toán di truyền đều mô phỏng bốn quá

trình tiến hoá cơ bản: lai ghép, đột biến, sinh sản, chọn lọc tự nhiên Từ ý tưởng và

đặc điểm của giải thuật di truyền, ta nhận xét giải thuật này rất thích hợp để giải bài

toán tái cấu trúc

Các bước quan trọng trong việc áp dụng giải thuật di truyền vào bài toán tái

cấu trúc:

- Bước 1: chọn ra 1 số cấu trúc ngẫu nhiên có thể tìm được trong mạng phân phối

điện

- Bước 2: kí hiệu các khóa đóng (sectionalize switches) trong mạng phân phối là

0; các khóa thường mở (tie switches) là 1

- Bước 3: tìm hệ số thích nghi và hàm mục tiêu cho từng cấu trúc đư được tạo ra

ban đầu

- Bước 4: chọn ra được cấu trúc tốt nhất dựa vào hàm mục tiêu (trình bày ở II),

tiếp theo đem cấu trúc này thay đổi 1 số vị trí hay còn gọi là đột biến để tạo ra cấu

trúc mới

Các công thức để tính toán đột biến Bnp'(gen) = Bnp(gen) + S *k *delta

Trong đó:

 Bnp: chuỗi nhị phân tạo ra ngẫu nhiên

 Bnp’: chuỗi nhị phân tạo ra do đột biến

 S (-1, 1) với cùng xác suất GGAP đột biến

 K: giá trị ngẫu nhiên (1, PRECI)



V ới a j: là từng vị trí khóa đóng mở đư được mã hóa thành chuỗi nhị phân (0 or 1)

- Bước 5: tính các hệ số thích nghi và hàm mục tiêu cho các cấu trúc vừa mới tạo ra,

và loại bỏ các cấu trúc có hàm mục tiêu nhỏ hơn

- Bước 6: nếu chưa hết thời gian cho phép thì lập lại bước 4 để tìm cấu trúc mới

Trang 25

- Bước 7: nếu thời gian cho phép chấm dứt thì dừng chương trình tìm kiếm và báo

cáo kết quả tính được

u điểm của phương pháp gen:

- Lời giải không phụ thuộc vào trạng thái khóa điện ban đầu của mạng

- Do xét không gian tìm kiếm rộng và bao quát, nhờ quá trình chọn lọc, lai hóa và

đột biến nên kết quả đạt được thường là tối ưu toàn cục

- Đây là một phương pháp giải đầy tiềm năng Trong tương lai nếu cải tiến được

thuật toán mạnh hơn và tốc độ tính toán của máy tính nhanh hơn thì hoàn toàn có

thể áp dụng vào thực tế vận hành

Khuyết điểm:

Cũng do không gian tìm kiếm lời giải lớn nên hiện tại phương pháp này có

tốc độ giải còn khá chậm

2.4.4 Gi i thu t đƠnăki n (Ant colony algorithm - ACS)

Ban đầu, số con kiến bắt đầu từ tổ kiến để đi tìm đường đến nơi có thức ăn Từ

tổ kiến sẽ có rất nhiều con đường khác nhau để đi đến nơi có thức ăn, nên 1 con

kiến sẽ chọn ngẫu nhiên một con đường đi đến nơi có thức ăn Quan sát loài kiến,

người ta nhận thấy chúng tìm kiếm nhau dựa vào dấu chân mà chúng để lại trên

đường đi (hay còn gọi là dấu chân kiến để lại) Sau 1 thời gian lượng dấu chân

(pheromone) của mỗi chặng đường sẽ khác nhau Do sự tích lũy dấu chân của mỗi

chặng đường cũng khác nhau đồng thời với sự bay hơi của dấu chân ở đoạn đường

kiến ít đi Sự khác nhau này sẽ ảnh hưởng đến sự di chuyển của những con kiến sau

đi trên mỗi đoạn đường Nếu dấu chân để lại trên đường đi nhiều thì sẽ có khả năng

thu hút các con kiến khác di chuyển trên đường đi đó, những chặng đường còn lại

do không thu hút được lượng kiến di chuyển sẽ có xu hướng bay hơi dấu chân sau 1

thời gian qui định

Điều đặc biệt trong cách hành xử loài kiến là lượng dấu chân trên đường đi có

sự tích lũy càng lớn thì cũng đồng nghĩa với việc đoạn đường đó là ngắn nhất từ tổ

kiến đến nơi có thức ăn (xem hình 4) Từ khi Giải thuật kiến trở thành 1 lý thuyết

vững chắc trong việc giải các bài toán tìm kiếm tối ưu toàn cục đư có nhiều ứng

Trang 26

dụng thực tế cho giải thuật này như: tìm kiếm các trang wed cần tìm trên mạng, kế

hoạch sắp xếp thời khóa biểu cho các y tá trong bệnh viện, cách hình thành các màu

khác nhau dựa vào các màu tiêu chuẩn có sẵn, tìm kiếm đường đi tối ưu cho những

người lái xe hơi… nói tóm lại phương pháp này đưa ra để giải quyết các bài toán có

không gian nghiệm lớn để tìm ra lời giải có nghiệm là tối ưu nhất trong không gian

nghiệm đó với thời gian cho phép hay không tìm ra cấu trúc tối ưu hơn thì dừng

Phương pháp này cũng rất thích hợp để giải bài toán tái cấu trúc để có thể tìm ra

trong các cấu trúc có thể của mạng phân phối có 1 cấu trúc có công suất tổn thất là

nhỏ nhất

Các bước để tạo ra giải thuật kiến áp dụng cho bài toán tái cấu trúc:

- Bước 1: một số cấu trúc mạng phân phối sẽ được tạo ra ban đầu

- Bước 2: mỗi cấu trúc tượng trưng cho đoạn đường mà kiến đư đi sẽ được tính

toán hàm mục tiêu (giảm tổn thất công suất, cân bằng tải, v…v…)

- Bước 3: mỗi cấu trúc này sẽ được cập nhật vào ma trận dấu chân (ban đầu các

ma trận dấu chân này sẽ bằng nhau) theo công thức (2.2)

Trong đó:

 : Dấu chân của kiến trên chặng đường xy của cong kiến thứ i ϵ x và

con kiến ϵ y, ở lần lặp thứ i

 Q: Giá trị hằng số; ρ: Xác suất bay hơi dấu chân của những con kiến đi qua

 : Dấu chân ban đầu được tạo ra cho mỗi đoạn đường

Sau khi các cấu trúc ban đầu tạo ra đư cập nhật vào ma trận dấu chân, ta sẽ

chọn ra được cấu trúc tốt nhất trong số các cấu trúc ban đầu, các cấu trúc còn lại thì

ra sẽ làm bay hơi dấu chân của các cấu trúc này bằng công thức (2.3)

- Bước 4: dựa vào ma trận dấu chân ta sẽ xây dựng danh sách các cấu trúc được

chọn theo công thức (II.4)

Trang 27

Trong đó:

: Cường độ dấu chân lớn nhất hang thứ i ϵ X

: Cường độ dấu chân lớn nhất của ma trận dấu chân

: Khả năng đóng/cắt của các khóa điện trong từng vòng, giá trị

này ϵ [0 , 1]

- Bước 5: nếu thời gian cho phép vẫn còn và các cấu trúc chọn vẫn còn thì ta

quay lại bước 2

- Bước 6: nếu thời gian cho phép chấm dứt hay cấu trúc được chọn không còn

thì ta dừng chương trình và xuất ra kết quả

2.4.5 Ph ngăpháp h thần kinh nhân t o (Artificial Neural Network - ANN)

Hệ thần kinh nhân tạo tỏ ra đặc biệt hữu dụng để thực hiện tái cấu trúc lưới vì

chúng có thể mô phỏng mối liên hệ giữa tính chất phi tuyến tính của tải với tính

chất của mạng lưới topo nhằm cực tiểu hóa tổn thất trên dây Mặc dù ANN làm

giảm đáng kể thời gian tính toán ngay cả khi áp dụng cho các hệ thống phức tạp,

việc ứng dụng chúng trong thực tế vẫn gặp khó khăn do những lý do sau:

- Thời gian huấn luyện kéo dài do tính chất phức tạp trong thao tác

- Việc huấn luyện cần thực hiện cho từng yếu tố cấu thành lưới điện và cần

được cập nhật, điều chỉnh một cách liên tục sau này

- Các số liệu mẫu phải thật chính xác để đảm bảo kết quả tính toán có ý nghĩa

Kim và các cộng sự [15] đư đề xuất một giải thuật gồm hai giai đoạn dựa trên

ANN trong nỗ lực tái cấu trúc hệ thống nhằm cực tiểu hóa tổn thất Nhằm tránh

những khó khăn liên quan đến khối lượng lớn các dữ liệu, Kim đư đề nghị chia hệ

thống phân phối thành nhiều vùng phụ tải Tại mỗi vùng phụ tải, một hệ thống gồm

hai ANN sẽ được sử dụng để phân tích mức độ tải và sau đó thực hiện tái cấu trúc

tuỳ theo điều kiện của tải Việc ứng dụng ANN trong phương pháp này mang lại các

kết quả tính toán nhanh vì không cần xem xét trạng thái đóng ngắt riêng rẽ trong

Trang 28

giải thuật tổng thể Tuy nhiên, ANN cũng chỉ có thể tìm ra được trạng thái lưới sau

tái cấu trúc tốt như tập số liệu huấn luyện

2.4.6 H chuyên gia

Có nhiều nghiên cứu giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối bằng cách sử

dụng hệ chuyên gia Có thể nói, hệ chuyên gia đư phối hợp được cách sử dụng các

giải thuật kết hợp heuristics và tối ưu hóa cũng như các giải thuật thuần túy

heuristic với các luật bổ sung dựa trên các điều kiện ràng buộc trong vận hành

Taylor và Lubkeman đưa ra một hệ chuyên gia tái cấu trúc hệ thống phân phối dựa

trên sự mở rộng các luật của Civanlar Taylor và Lubkeman mô tả các mục tiêu cơ

bản của họ như tránh quá tải máy biến áp, quá tải đường dây và độ sụt áp không

bình thường, các tác giả khẳng định rằng nếu thỏa mưn các điều kiện này sẽ dẫn đến

tối thiểu hóa tổn thất

2.4.7 Ph ng pháp tìm ki m TABU (Tabu Search Method - TS)

Khái niệm đầu tiên về bảng tìm kiếm (Tabu search) được dùng trong trí tuệ

nhân tạo Không giống như một số giải thuật khác chẳng hạn như gen hay luyện

kim, nó không liên quan đến những hiện tượng sinh học hay vật lý Giải thuật bảng

tìm kiếm được đề cập bởi Fred Glover đầu những năm 1980 và đư được ứng dụng

rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật Trong lĩnh vực hệ thống điện đại

dùng để giải quyết các vấn đề của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối cực tiểu

tổn thất trong các điều kiện vận hành bình thường, trong bài toán tái cấu trúc TS

là phương pháp tối ưu sử dụng cho các bài toán tối ưu tổ hợp

So sánh với giải thuật luyện kim và gen, TS không gian tìm kiếm và quản lý tích

cực hơn Giải thuật TS được khởi tạo với một cấu hình cơ bản, và nó sẽ trở thành

cấu hình hiện tại Tại mỗi bước lặp của giải thuật , một cấu trúc kề bên sẽ được định

nghĩa cho cấu trúc hiện tại, mỗi bước di chuyển tiếp theo sẽ chọn ra cấu trúc tốt

nhất liền kề

Giải thuật tìm kiếm này đư và đang được áp dụng rộng rãi trong xử lý một số

vấn đề của mạng điện và mang lại một số kết quả rất khả quan.Thuật toán tìm kiếm

Trang 29

Tabu được ứng dụng để tính toán các phương án tối ưu và gần tối ưu đối với bài

toán tái cấu trúc bởi các bước sau đây:

- Bước 1: nhập dữ liệu nhánh, tải và nút của một hệ thống phân phối bao gồm

cả các điều kiện ràng buộc khi vận hành

- Bước 2: lựa chọn một phương án ngẫu nhiên từ không gian tìm kiếm: S0 ϵ Ω

Các nghiệm này được thể hiện bởi số lượng khóa điện sẽ được mở trong suốt

quá trình tái cấu trúc

- Bước 3: thiết lập kích thước của danh sách Tabu, số lần lặp lớn nhất và đặt chỉ

số lần lặp m = 1

- Bước 4: để phương án ban đầu thu được trong bước 2 là phương án hiện tại và

phương án tốt nhất: Sbest = S0, và Scurrent = S0

- Bước 5: chạy phân bố công suất để xác định tổn thất công suất, các điện áp

nút, và các dòng điện nhánh

- Bước 6: tính toán hàm mục tiêu và kiểm tra phương án hiện tại có thỏa mãn

các điều kiện ràng buộc Một hệ số phạt được thêm vào đối với sự vi phạm

ràng buộc

- Bước 7: tính mức độ mong muốn của Sbest: fbest = f(Sbest) Mức độ mong muốn

là tổng của hàm mục tiêu và hàm phạt

- Bước 8: tạo ra một hệ các phương án trong miền lân cận của phương án hiện

tại Scurrent bằng cách thay đổi các khóa phải được mở ra Hệ các phương án

này được ký hiệu là Sneighbor

- Bước 9: tính toán mức độ mong muốn cho mỗi phương án của Sneighbor, và

chọn ra một phương án có mức độ mong muốn cao nhất Sneighbor_best

- Bước 10: kiểm tra xem thuộc tính của phương án thu được trong bước 9 có

trong danh sách Tabu Nếu có, đi tới bước 11, hoặc ngược lại Scurrent =

Sneighbor_best và đi tới bước 12

- Bước 11: chấp nhận Sneighbor_best nếu nó có mức độ mong muốn tốt hơn fbest và

hệ Scurrent = Sneighbor_best, ngược lại chọn một phương án tốt kế tiếp mà không có

trong danh sách Tabu để trở thành phương án hiện tại

Trang 30

- Bước 12: cập nhật danh sách Tabu và đặt m = m + 1

- Bước 13: lặp lại từ bước 8 tới bước 12 cho tới khi số lần lặp lớn nhất đạt

- Bước 14: lặp lại bước 5 và xuất ra phương án tối ưu

2.4.8 Ph ng pháp b ầy đàn ( Particle Swarm Method - PSO)

Eberhart và Kennedy đư đề xuất phương pháp tối bầy đàn thông minh vào năm

1995, bản chất của phương pháp là hành vi thông minh của các thể khi tìm ra đường

đi ngắn nhất Nền tảng của phương pháp gồm các bước sau:

- Chọn bước di chuyển từ các nơi gần nhất

- Đi về phía đích

- Đi đến trung tâm của bầy

Từ những ý tưởng trên, sơ đồ của phương pháp bầy đàn (PSO) như sau:

Hình 2.6: Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn (PSO)

T ó m lại phương pháp này được lấy cảm hứng từ các hành vi xã hội của

một đàn chim di cư cố gắng để đến được một điểm đến không được biết trước

Trang 31

Mỗi giải pháp là một con chim trong đàn và được gọi như là một "phần tử"

tương tự như một nhiễm sắc thể trong GA Phương pháp này được sử dụng hiệu

quả trong việc tìm kiếm cho các giải pháp tối ưu

Trang 32

HVTH: Nguy ễn Minh Quân Trang 25 GVHD: PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình

PH NGăPHỄPăTI P C N

Trang 33

3.1 GI Iă THI Uă GI Iă THU Tă MÔă PHỎNGă TĔNGă TR NGă CÂY (PLANT GROWTH SIMULATION ALGORITHM ậ PGSA)

PGSA là một thuật toán tìm kiếm ngẫu nhiên mới và hiệu quả cao, được lấy cảm hứng từ quá trình tăng trưởng có tính hướng quan của thực vật Nhìn vào phạm

vi cho phép của lập trình số nguyên như môi trường phát triển của cây và xác định xác suất để phát triển một nhánh mới trên các nút khác nhau của một cây theo sự thay đổi của hàm mục tiêu, và sau đó làm cho các mô hình, mô phỏng sự phát triển quá trình của một cây, phát triển nhanh chóng đối với các nguồn ánh sáng (giải pháp tối ưu toàn bộ)

A Lu t tĕngătr ởng c a cây

Các dữ kiện sau đây đư được chứng minh bởi các thí nghiệm sinh học

1 Trong quá trình phát triển của cây, sự tập trung càng cao morphactin (là 1 chất bắt nguồn từ hydroxyfluorene-9-carboxylic acid, là một chất điều hòa sinh trưởng tổng hợp) của một nút, xác suất lớn hơn để phát triển một nhánh mới trên nút

2 Sự tập trung morphactin của bất kỳ nút nào trên cây thì không được đưa ra trước

và không phải là cố định, nó được xác định bởi các thông tin môi trường của nút, và thông tin môi trường của một nút phụ thuộc vào vị trí tương đối của nó trên cây Sự tập trung morphactin của tất cả các nút của cây được phân bổ một lần nữa theo các thông tin môi trường mới sau khi nó phát triển một nhánh mới

B Mô hình xác su t tĕngătr ởng cây

Bằng cách mô phỏng các quá trình tăng trưởng tính hướng quan của cây, một

mô hình xác suất được thành lập Trong mô hình, một hàm g(Y) được giới thiệu để

mô tả môi trường của Y nút trên cây Giá trị của g(Y) nhỏ hơn, môi trường của nút

Y tốt hơn thì cho phát triển một nhánh mới Các phác thảo chính của mô hình là như sau: Một cây phát triển một thân cây M từ gốc B0 Giả sử có k nút BM1, BM2,

BM3 BMK có môi trường tốt hơn so với gốc B0 trên thân M, có nghĩa là các hàm g(Y) của các nút BM1, BM2, BM3 BMK và B0 đáp ứng g(BMI) < g(B0) (i = 1, 2, 3

k), sau đó sự tập trung morphactin CM1, CM2, CM3 CMk của các nút BM1, BM2,

BM3 BMK có thể được tính sử dụng để tái cấu trúc lưới điện phân phối

Trang 34

(3.2)

Hình 3.1: không gian trạng thái tập trung Morphactin

Tầm quan trọng của (3.1) và (3.2) là nồng độ morphactin của một nút thì không phụ thuộc vào thông tin môi trường của nó mà phụ thuộc vào các thông tin môi trường của các nút khác trong cây

Từ (3.1) và (3.2), chúng ta có thể lấy đạo hàm , điều đó có nghĩa

rằng nồng độ morphactin CM1, CM2, CM3 ……… CMk của các nút BM1, BM2, BM3

……… BMk hình thành một không gian trạng thái được hiển thị trong hình 3.1 Lựa chọn một số β ngẫu nhiên trong khoảng [0,1], β thì giống như một quả bóng ném vào khoảng [0, 1] và sẽ giảm xuống thành một trong những CM1, CM2, CM3 ………

CMk trong hình 3.1, sau đó các nút tương ứng được gọi là nút tăng trưởng ưu tiên sẽ được ưu tiên phát triển một nhánh mới trong bước tiếp theo Nói cách khác, BMT sẽ được ưu tiên phát triển một nhánh mới nếu β được lựa chọn đáp ứng

Ví dụ, nếu β số ngẫu nhiên giảm xuống ở giữa khoảng [1 2], có nghĩa là:

sau đó, m nhánh mới, sẽ phát triển ở nút 2

Trang 35

=> Vì vậy, ta có thể hiểu một cách đơn giản như sau: trong một cây thì có một chất gọi là Morphactin Chất này sẽ được phân bố ở các nút trên cây, và điều

kiện để một nút được chọn ưu tiên để phát triển một nhánh mới là nút này phải có lượng Morphactin tập trung lớn nhất

D a theo lu t tĕngătr ởng cây trong PGSA, ta có th vi t l iăđ c m t mô

hìnhătoánănh ăsau:

Ban đầu ta giả sử:

 Nguồn điện áp là chất morphactin

 Điều kiện để phát triển một nhánh mới là tổn thất điện áp của nhánh đó là

nhỏ nhất, tức là nguồn điện áp tại cuối nhánh đó là cao nhất

Hình minh h aănh ăsau:

 Giả sử có mạch ban đầu như hình 3.2a:

Hình 3.2a

 Mạch khi gắn thêm tải:

Trường hợp 1:

Hình 3.2b

Trang 36

Trường hợp 2:

Hình 3.2c Trường hợp 3:

sẽ có cái nhìn tổng thể hơn và sát với mục tiêu của luận văn là tìm tổn thất công suất

nhỏ nhất

Trang 37

3.2.BÀI TOÁN TÁI C U TRÚC M ẠNGăĐ GI M T N TH T CÔNG SU T

Mục tiêu của bài toán tái cấu trúc mạng trong lưới điện phân phối là giảm thiểu

tổn thất công suất hệ thống, đồng thời cấu trúc mạng mới cũng phải thỏa mãn các điều kiện ràng buộc Hàm mục tiêu của bài toán được thể hiện như sau:

Trong đó: là tổng tổn thất của toàn hệ thống

Giả sử sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến có dạng như sau:

Hình 3.3: Sơ đồ đơn tuyến của một phát tuyến Công suất thực và công suất phản kháng chạy trên nhánh (i +1) lần lượt được

tính theo công thức gần đúng sau:

P i , Q i : Công suất tác dụng và công suất phản kháng tại nhánh thứ i

V i : Điện áp tại nút thứ i

R i,i+1 : Điện trở dây giữa nút i và nút i+1

P1, Q1 Pi-1, Qi-1 Pi, Qi Pi+1, Qi+1 P

n, Qn

P0, Q0

PL1, QL1 PL1-1, QL1-1 PLi, QLi PL1+1, QL1+1 PLn, QLn

Trang 38

X i,i+1 : Điện kháng dây giữa nút i và nút i+1

Hàm mục tiêu của bài toán tái cấu trúc mạng để giảm tổn thất công suất có thể được viết lại như sau:

Trong đó: n là tổng số nút có trong lưới điện phân phối

Bên cạnh hàm mục tiêu (3.5), bài toán còn có những điều kiện ràng buộc riêng

Nếu chúng bị vi phạm thì bài toán lập tức dừng và không thỏa Dưới đây là các ràng buộc của bài toán trong luận văn này:

- Biên độ điện áp tại mỗi nút phải được duy trì trong giới hạn cho phép

- Dòng điện trên mỗi nhánh không được vượt quá khả năng mang dòng của nó

- Cấu trúc mạng phải là hình tia

- Tất cả các điểm tải đều phải được cấp điện

Trong đó:

V min , V max : Điện áp lớn nhất và điện áp nhỏ nhất

3.3 Gi i thi u gi i thu t gi m tổn th t công su t

Với mục tiêu là giảm tổn thất công suất, trong trường hợp này phải tìm được cấu trúc của mạng có tổn thất công suất nhỏ nhất Từ ý tưởng của PGSA và mô hình toán về tổn thất điện áp, một giải thuật được đề nghị để thỏa mãn mục tiêu trên được thể hiện như sau: “ Đầu tiên, mở hết tất cả các khóa điện, sau đó tìm cách gắn từng tải một vào hệ thống cho đến khi tất cả các tải đều được cấp điện và chỉ được

cấp điện từ một nguồn (điều này nhằm đảm bảo cho cấu trúc mạng cuối cùng là hình tia) Tải được đóng là tải khi đóng vào làm thỏa mãn hàm mục tiêu cao nhất (với điều kiện thỏa mãn các ràng buộc về điện áp, khả năng tải của đường dây và

Trang 39

máy biến áp) Hàm mục tiêu trong trường hợp này là tổng tổn thất công suất nhỏ nhất Kết quả cuối cùng sẽ chỉ ra được trạng thái khóa điện (khóa nào đóng, khóa nào mở)”

3.4 Xây d ng gi i thu t đ ngh

3.4.1 L iăđi năhìnhătia

Ví dụ lưới điện phân phối đơn giản 3 nguồn của Civanlar [3] như hình 3.4 có cấu trúc vòng nhưng luôn được vận hành hình tia, hay nói cách khác cần phải thoả điều kiện như sau:

- Một phụ tải chỉ được cấp điện từ một nơi duy nhất thông qua một khoá điện

- Khoá điện mở là tất cả các khoá điện không tham gia vào quá trình cấp điện

Hình 3.4: Lưới điện 3 nguồn của Civanlar [3]

3.4.2 Quáătrìnhăxơyăd ngăc uătrúcăl iăđi n

Quá trình xây dựng cấu trúc lưới điện có thể mô tả theo trình tự :

i Mở tất cả các khóa điện, mỗi khoá điện được xem là một kết nối giữa các phụ tải với nhau hay giữa nguồn với phụ tải

ii Tìm cách gắn lần lượt từng phụ tải vào hệ thống qua một khoá điện duy nhất, khoá điện này sẽ có trạng thái đóng Các phụ tải sẽ có quyền lựa chọn xem việc nối với nguồn nào để tổn thất công suất bé nhất

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	3,14 MB