tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy

TÓM TẮT Luận văn này trình bày giải thuật tối ưu bầy đàn áp dụng để giải một bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí thiệt hại do việc ngừng cung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG DUY NGỌC

TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 4 8 9

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG DUY NGỌC

TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT

VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Hướng dẫn khoa học:

PGS.TS TRƯƠNG VIỆT ANH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2015

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC

Địa chỉ liên lạc: 94 Đường 297, Phước Long B, Quận 9, Tp.HCM

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

1 Đại Học

Nơi học: Trường Đại học Công nghiệp Tp.HCM

Nhân viên vận hành

hệ thống chế biến sữa đặc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc

ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015

(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Trương Việt Anh, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực

hiện luận văn này

Xin cảm ơn quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện Tử của Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, những người thầy đầy nhiệt huyết, thiện cảm đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm quý báu giúp tôi tự tin từng bước đi vào thực hiện nghiên cứu khoa học

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2015

TÓM TẮT

Luận văn này trình bày giải thuật tối ưu bầy đàn áp dụng để giải một bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí thiệt hại do việc ngừng cung cấp điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống Nội dung chính là áp dụng giải thuật đề xuất để tìm ra cấu trúc

có chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là bé nhất Thông qua các kết quả khảo sát trên lưới điện phân phối từ đơn giản đến phức tạp đều cho thấy sau khi tái cấu trúc lưới thì chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là nhỏ nhất và đảm bảo được sự cung cấp điện cho khách hàng Điều này

cho thấy tính đúng đắn, hiệu quả của mục tiêu và giải thuật đề ra

ABSTRACT

This thesis presents a practicle swarm optimizationapplied for solving distribution network reconfiguration problems in order to minimize the cost operational and the cost of damage caused by outages to enhance power supply reliability The major content of this thesis is that using proposed algo-rithm to find the best configuration of distribution network, which have min-imum operated costs and outage costs As the analysis results from the simple

to complex distribution networks, the operated cost and outage costs of bution networksare improved This shows the effectiveness and correctness of the proposed objectives and algorithm

distri-MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC Error! Bookmark not defined LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined TÓM TẮT Error! Bookmark not defined ABSTRACT Error! Bookmark not defined.

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH DÁCH CÁC BẢNG 1

DANH SÁCH CÁC HÌNH 2

Chương 1 4

GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.1.1 Về phía công ty điện lực 5

1.1.2 Về phía khách hàng sử dụng điện 5

1.1.3 Về mặt kinh tế điện 5

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 6

1.3 Phạm vi nghiên cứu của Luận văn 7

1.4 Hướng giải quyết bài toán 7

1.5 Điểm mới của luận văn 7

1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn 7

1.7 Bố cục của luận văn 8

Chương 2 9

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 9

2.1 Hệ thống điện 9

2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối 11

2.3 Các lý do phải vận hành hở lưới điện phân phối 12

2.5 Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ưu cấu trúc lưới điện phân phối 16

2.5.1 Giới thiệu 16

2.5.2 Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín 18

2.5.3 Giải thuật của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh 20

2.5.4 Thuật toán di truyền – Genetic Algorithm (GA) 22

2.5.5 Giải thuật đàn kiến (Ant colony search – ACS) 25

2.5.6 Mạng thần kinh nhân tạo (Aritificial Neutral Network – ANN) 27

2.5.7 Thuật toán bầy đàn (Practicle Swarm Optimization – PSO) 28

2.5.8 Thuật toán tìm kiếm Tabu (Tabu Search – TS) 29

2.5.9 Thuật toán mô phỏng luyện kim (Simulated Annealing – SA) 30

2.6 Đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối 31

2.6.1 Các nghiên cứu khoa học 34

2.6.2 Các chỉ tiêu tính toán độ tin cậy trong mạng phân phối hình 40

Chương 3 47

THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ 47

3.1 Đặt vấn đề 47

3.2 Xây dựng hàm mục tiêu 48

3.2.1 Bài toán tái cấu trúc lưới cực tiểu chi phí vận hành 48

3.2.2 Bài toán tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí ngừng điện 50

3.2.3 Hàm mục tiêu của bài toán cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện 52

3.3 Giải thuật tối ưu bầy đàn PSO (Particle Swarm Optimization) 56

3.3.1 Giới thiệu 56

3.3.2 Các biểu thức cơ bản của thuật toán PSO 58

3.4 Tái cấu trúc lưới điện phân phối cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng

điện sử dụng thuật toán PSO 61

3.5 Ví dụ kiểm tra giải thuật 64

3.5.1 Mạng điện hai nguồn 65

3.5.2 Mạng điện ba nguồn 71

3.5.3 Mạng điện một nguồn 33 nút 78

3.5.4 Xuất tuyến 477/SHo Phú Yên 83

3.5.4.1 Đặc điểm xuất tuyến 477/SHo 83

3.5.4.2 Kết quả thực hiện trên xuất tuyến 477/SHo 88

Chương 4 90

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 90

4.1 Kết luận 90

4.2 Những hạn chế và đề xuất phát triển của đề tài 91

4.2.1 Những hạn chế 91

4.2.2 Đề xuất hướng phát triển của đề tài 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

IEEE : Institute of Electrical and Electronic Enginneers

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới 15

Bảng 3.1: Hệ số phụ tải tại các nút phụ tải trong một ngày 66

Bảng 3.2: Thời gian ngừng điện trên các tuyến dây trong trường hợp 3 69

Bảng 3.3: So sánh kết quả trước và sau khi tái cấu trúc lưới điện 70

Bảng 3.4: Hệ số phụ tải tại các nút phụ tải trong một ngày 72

Bảng 3.5: Thời gian ngừng điện trên các tuyến dây trong trường hợp 3 75

Bảng 3.6: So sánh kết quả trước và sau khi tái cấu trúc lưới điện 77

Bảng 3.7: So sánh kết quả trước và sau khi tái cấu trúc lưới điện 82

Bảng 3.8: Thông số xuất tuyến 477/SHo 85

Bảng 3.9: Cường độ sự cố trên các tuyến dây vào mùa mưa 86

Bảng 3.10: Hệ số phụ tải điển hình trên xuất tuyến 477/SHo một ngày mùa khô 87

Bảng 3.11: Hệ số phụ tải điển hình trên xuất tuyến 477/SHo vào mùa mưa 88

Bảng 3.12: Cấu hình vận hành xuất tuyến 477/SHo trong các trường hợp chi phí đền bù do ngừng cung cấp điện khác nhau 89

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang

Hình 2.1: Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối 10

Hình 2.2: Sơ đồ lưới điện mạch vòng có mạng 3 nguồn vận hành hở 12

Hình 2.3: Giải thuật của Merlin và Back đã được Shirmohammadi chỉnh sửa 20

Hình 2.4: Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự 22

Hình 2.5: Sơ đồ chung của phương pháp bầy đàn PSO 28

Hình 2.6: Cấu trúc điển hình của việc phân tích độ tin cậy của lưới điện 33

Hình 2.7: Mô hình phân chia lưới phân phối L 34

Hình 2.8: Mô hình hai trạng thái của thiết bị 37

Hình 2.9: Mô hình theo gió và sét 39

Hình 2.10: Mô hình quản lý khách hàng theo phần tử cấp điện 45

Hình 3.1: Sơ đồ đơn tuyến một phát tuyến 48

Hình 3.2: Đồ thị phụ tải lưới điện của một ngày trong mùa 50

Hình 3.3: Sơ đồ mạng một nguồn hai phụ tải 50

Hình 3.4: Sơ đồ mạng điện hai nguồn 51

Hình 3.5: Lưu đồ tính chi phí vận hành trong một mùa 54

Hình 3.6: Lưu đồ thuật toán tính chi phí ngừng điện cho mỗi cấu trúc lưới 56

Hình 3.7: Lưu đồ thuật toán tính chi phí ngừng điện cho mỗi cấu trúc lưới 59

Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán tính chi phí ngừng điện cho mỗi cấu trúc lưới 61

Hình 3.9 Tái cấu trúc lưới điện giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng điện.

62

Hình 3.10: Sơ đồ lưới điện 2 nguồn có 14 phụ tải 65

Hình 3.11: Cấu hình lưới sau khi tái cấu trúc lưới điện theo trường hợp 1 67

Hình 3.12: Cấu hình lưới sau khi tái cấu trúc lưới điện theo trường hợp 2 67

Hình 3.13: Độ hội tụ của hàm mục tiêu trong trường hợp 2 68

Hình 3.14: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 3 70

Hình 3.15: Mạng điện 3 nguồn có 16 nút 71

Hình 3.16: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 1 73

Hình 3.17: Độ hội tụ giải thuật PSO trong trường hợp 1 73

Hình 3.18: Độ hội tụ của hàm mục tiêu trong trường hợp 2 74

Hình 3.19: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 2 74

Hình 3.20: Độ hội tụ của hàm mục tiêu trong trường hợp 3 76

Hình 3.21: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 3 76

Hình 3.22: Mạng điện 1 nguồn 33 nút 78

Hình 3.23: Độ hội tụ của hàm chi phí vận hành theo ∆A là bé nhất 79

Hình 3.24: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 1 79

Hình 3.25: Độ hội tụ của hàm mục tiêu bài toán trong trường hợp 2 80

Hình 3.26: Độ hội tụ của hàm mục tiêu bài toán trong trường hợp 3 81

Hình 3.27: Cấu hình lưới điện sau khi tái cấu trúc theo trường hợp 3 81

Hình 3.28 Sơ đồ đơn tuyến xuất tuyến 477/SHo phân chia theo thiết bị phân đoạn 83

sự tồn tại và phát triển của các công ty điện lực Việt Nam khi tiến hành thị trường hóa ngành điện Để thực hiện được mục tiêu này thì các nhà khoa học

đã không ngừng tìm kiếm và nghiên cứu để đưa ra các giải pháp mới như tìm kiếm nguồn năng lượng mới, thiết kế và xây dựng để vận hành lưới điện thông minh,…

Với đặc thù của lưới điện phân phối của Việt Nam, bài toán tái cấu trúc lưới điện được đề xuất cho công tác vận hành nhằm đi tìm một cấu trúc tối ưu cho lưới điện ứng với từng mục tiêu riêng lẻ hay cùng nhiều mục tiêu khác nhau Trong mục đích đi tìm cấu trúc tối ưu của lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện được trình bày trong luận văn này

Luận văn này tiếp cận việc xây dựng thuật toán tính chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi cấu trúc lưới điện, từ đó áp dụng vào bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối để cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là bé nhất sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn PSO (Practicle Swarm Opti-mization) Kết quả được khảo sát trên nhiều lưới điện từ đơn giản đến phức tạp được vận hành trong các trường hợp khác nhau

Việc giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện trong lưới điện phân phối sẽ mang lại nhiều lợi ích sau:

1.1.1 Về phía công ty điện lực

- Giảm giá thành điện năng do giảm được chi phí bồi thường thiệt hại cho khách hàng khi ngừng cung cấp điện

- Tăng lợi nhuận cho công ty do tăng lượng điện cung cấp cho khách hàng

- Tạo ra khả năng cạnh tranh cao cho các công ty điện lực trong thị trường điện đang ngày được thương mại hóa

- Ngoài ra, tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện sẽ giảm được tổn hao công suất trên đường dây và giảm được chi phí vận hành

1.1.2 Về phía khách hàng sử dụng điện

- Giảm được chi phí sản xuất, thiệt hại do việc ngừng cung cấp điện

- Đảm bảo được kế hoạch sản xuất, sinh hoạt và giải trí trong đời sống con người Đặt biệt là có thể tránh được những ảnh hưởng của việc ngừng cung cấp điện đến con người như sức khỏe và đời sống

1.1.3 Về mặt kinh tế điện

- Tạo ra một trị trường điện cạnh tranh lành mạnh

- Thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế

Tuy nhiên việc cực tiểu chi phí ngừng cung cấp điện hay đánh giá độ tin cậy và cấu trúc lại lưới điện phân phối là một việc làm khó khăn, phức tạp

và có độ chính xác không cao vì những lý do sau:

- Độ tin cậy của từng phần tử trong lưới điện là một hàm rời rạc và phân

bố theo thời gian

- Độ tin cậy của các phần tử trong lưới điện phụ thuộc vào các điều kiện

tự nhiên, vị trí địa lý, khí hậu của khu vực mà lưới điện phân phối đi qua

- Các số liệu phục vụ cho việc đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối là rất nhiều và được thu thập lại bằng phương pháp thống kê

Đối với lưới điện Việt Nam hiện nay thì việc đánh giá độ tin cậy của lưới điện gặp nhiều khó khăn sau:

- Thiết bị điện còn cũ kỹ, lạc hậu và không đồng bộ

- Việc thu thập các số liệu trong quá trình vận hành chưa được chú trọng

và lưu giữ cẩn thận

- Các hệ thống điều khiển theo thời gian thực như SCADA còn chưa phát triển và các thiết bị đóng cắt có tải chưa được trang bị nhiều nên việc có một cấu trúc lưới điện vận hành ổn định và đáng tin cậy là một điều vô cùng cần thiết

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

Mục tiêu của luận văn là tìm ra một giải thuật phù hợp, cho kết quả đáng tin cậy trong việc tái cấu trúc điện phân phối có xét đến độ tin cậy cung cấp điện Luận văn này giúp chúng ta giải quyết các vấn đề sau:

- Tìm hiểu các bài toán tái cấu trúc lưới phân phối và các giải thuật đã được áp dụng

- Nghiên cứu về độ tin cậy cung cấp điện, các phương pháp đánh giá và những yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối

- Xây dựng hàm mục tiêu và áp dụng giải thuật tối ưu bầy đàn PSO để tìm ra cấu trúc tối ưu cho hệ thống lưới điện phân phối nhằm giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi hệ thống

- Kiểm chứng trên một số lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề xuất

1.3 Phạm vi nghiên cứu của luận văn

Phạm vi nghiên cứu của luận văn tập trung giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối với mục đích cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống

Với cơ sở lý thuyết là xây dựng thuật toán tính chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho mỗi cấu trúc lưới và áp dụng thuật toán tối ưu bầy đàn PSO vào trong hệ thống lưới điện một nguồn, hai nguồn, ba nguồn

1.4 Hướng giải quyết bài toán

- Phân tích tổng hợp tài liệu liên quan đến bài toán tái cấu trúc lưới điện

- Cơ sở liên quan đến đề tài nghiên cứu

- Sử dụng các phương pháp tính toán học để xây dựng hàm mục tiêu giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống

- Sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn PSO để tìm cấu trúc tối ưu cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho lưới điện phân phối

- Sử dụng phần mềm Matlab để tính toán, kiểm tra lưới điện

1.5 Điểm mới của luận văn

- Xây dựng được hàm mục tiêu cho bài toán tái cấu trúc lưới phân phối

có xét đến độ tin cậy cung cấp điện Tính được chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện theo đồ thị phụ tải trong ngày theo mùa trong năm

- Áp dụng giải thuật PSO để tìm ra cấu trúc lưới điện phân phối tối ưu theo hàm mục tiêu đã xây dựng

- Đưa ra phương án vận hành tối ưu có thể có cho những trường hợp khác nhau của lưới điện

1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn

- Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện được chứng minh bằng lý thuyết lẫn kết quả mô hình tính toán cho thấy một lưới điện có cấu trúc lưới điện đúng sẽ

đưa ra cấu hình lưới điện là tối ưu nhất có cực tiểu chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện

- Luận văn góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

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

1.7 Bố cục của Luận văn

Luận văn được thực hiện bao gồm các chương sau:

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

CHƯƠNG 3: THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Chương 2

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Hệ thống điện

Hệ thống điện phân phối là hệ thống điện bao gồm lưới điện phân phối

và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện phân phối làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân bố điện năng

Hệ thống điện không ngừng phát triển theo thời gian và không gian để đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng của phụ tải Tùy theo lĩnh vực nghiên cứu

mà hệ thống điện được chia hai hướng độc lập nhau:

a Về mặt quản lý và vận hành, hệ thống điện được phân bố thành

- Các nhà máy điện: gồm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện than, nhiệt điện dầu, tua bin khí, nhà máy điện nguyên tử,… Các nhà máy điện này do các nhà máy điện vận hành và quản lý

- Lưới điện truyền tải là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 220kV trở lên, các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV có chức năng truyền tải để tiếp nhận công suất từ các nhà máy điện vào hệ thống điện quốc gia Lưới điện truyền tải do các đơn vị truyền tải điện quản lý và vận hành

- Lưới điện phân phối là phần lưới điện bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống, các đường dây và trạm biến áp có điện áp 110kV có chức năng phân phối điện Lưới điện phân phối do các đơn

vị phân phối quản lý

b Về mặt nghiên cứu, tính toán thì hệ thống điện được phân thành

- Lưới hệ thống (500kV)

- Lưới truyền tải (110, 220, 330 kV)

- Lưới khu vực (110, 220kV)

- Lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35 kV)

- Lưới phân phối hạ áp (0.4 kV và 0.22 kV)

Sơ đồ hệ thống một lưới điện được thể hiện như sau:

Hình 2.1: Vị trí và vai trò của lưới điện phân phối Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điện mô tả vị trí và nhiệm vụ của lưới điện phân phối trong hệ thống điện từ khâu phát điện, trạm biến áp tăng áp, truyền tải, trạm biến áp trung gian, lưới điện phân phối và cuối cùng là lưới cung cấp điện

2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Hệ thống điện phân phối là lưới cung cấp điện trực tiếp cho khách hàng

từ hệ thống điện truyền tải thông qua các trạm biến áp trung gian Cũng giống như đường dây truyền tải, đường dây phân phối cũng có cấu trúc mạch vòng hoặc mạch hình tia nhưng luôn vận hành ở trạng thái hở trong mọi trường hợp Nhờ cấu trúc vận hành hở hoặc lưới điện hình tia nên hệ thống relay bảo

vệ chỉ cần bảo vệ relay quá dòng, sơ đồ lưới đơn giản và đặt biệt khi sự cố xảy ra trên một nhánh thì ít có khả năng ảnh hưởng đến các nhánh khác trên

hệ thống nên nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau khi bị sự cố, hầu hết các tuyến dây đều có mạch vòng liên kết với các đường dây kế cận được cung cấp từ một máy biến áp trung gian khác hay chính trạm biến áp có đường dây bị sự cố Việc khôi phục lưới điện thông qua việc thao tác đóng/cắt các cặp khóa điện nằm trên các mạch vòng,

do đó trên lưới điện có rất nhiều khóa điện

Đường dây phân phối phân bố trên diện rộng và cung cấp cho nhiều loại phụ tải khác nhau, có công suất tiêu thụ cũng khác nhau (công nghiệp nặng, công nghiệp nhẹ, chiếu sáng, sinh hoạt,…) nên chịu tác động trực tiếp của môi trường như (sét, mưa, bão, oxi hóa kim loại,…) hay chịu sự tác động của con người Các phụ tải có đồ thị phụ tải khác nhau, không cân bằng và luôn có sự thay đổi theo thời gian trong ngày Điều này làm giảm độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống, gây ra quá tải cho đường dây và tăng tổn thất công suất trên hệ thống

Để khắc phục sự cố quá tải trên đường dây, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thì các điều động viên sẽ thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khóa điện trên lưới Vì vậy, trong quá trình thiết kế, các khóa điện như Recloser, LBS, DS sẽ được lắp đặt ở các vị trí thuận lợi cho việc giám sát và điều khiển Và có thể áp

dụng hệ thống SCADA vào việc giám sát và điểu khiển các khóa đóng/cắt các khóa điện để giảm tổn thất công suất và chi phí vận hành cho lưới điện Hay nói cách khác là hàm mục tiêu trong quá trình vận hành lưới điện phân phối là giảm chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện là bé nhất

Trong quá trình vận hành, các phụ tải thay đổi liên tục vì vậy xuất hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với từng trường hợp

cụ thể cho hệ thống điện Tuy nhiên, các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Cấu trúc vận hành hình tia trong mọi trường hợp

- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, các chỉ tiêu kỹ thuật như dòng điện, điện áp, tần số của hệ thống phải trong phạm vi cho phép

- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp và có độ tin cậy cao

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

2.3 Các lý do phải vận hành hở lưới điện phân phối

Khi lưới điện vận hành hở, tổn thất năng lượng luôn lớn hơn và chất lượng điện năng luôn kém hơn một lưới điện vận hành kín Khi có sự cố, thời

gian tái lập việc cung cấp điện của lưới điện vận hành hở sẽ chậm hơn do có thời gian chuyển tải qua các tuyến dây khác

Tuy nhiên, do tính chất khác nhau cơ bản giữa lưới điện phân phối và truyền tải như sau:

- Số lượng phần tử như lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lưới phân phối nhiều hơn lưới truyền tải từ 5 – 7 lần nhưng mức đầu tư chỉ hơn từ 2 – 2,5 lần

- Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ và nằm trên diện rộng, nên khi có sự cố, mức độ thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện

ở lưới điện phân phối gây ra cũng ít hơn so với sự cố của lưới điện truyền tải

Do những đặc trưng trên, lưới điện phân phối cần vận hành hở dù có cấu trúc mạch vòng vì các lý do như sau:

- Tổng trở đường dây của lưới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều

so với vận hành vòng kín nên dòng ngắn mạch bé khi có sự cố Vì vậy chỉ cần chọn các thiết bị đóng cắt có dòng ngắn mạch chịu đựng và dòng cắt ngắn mạch bé, nên mức đầu tư giảm đáng kể

- Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các loại relay đơn giản rẻ tiền như relay quá dòng, thấp áp … mà không nhất thiết phải trang bị các loại relay phức tạp như định hướng, khoảng cách, so lệch … nên việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn, nên mức đầu tư cũng giảm xuống

- Chỉ cần dùng cầu chì tự rơi (FCO: Fuse Cut Out) hay cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải (LBFCO: Load Break Fuse Cut Out) để bảo vệ các nhánh rẽ hình tia trên cùng một đoạn trục và phối hợp với Recloser để tránh sự cố thoáng qua

- Khi sự cố, do vận hành hở, nên sự cố không lan tràn qua các phụ tải khác

- Do được vận hành hở, nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến dây

dễ dàng hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố

- Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới phân phối, thì phương án kinh

tế là các lưới hình tia

2.4 Các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối ở góc độ vận hành

Các bài toán vận hành lưới điện phân phối mô tả các hàm mục tiêu tái cấu trúc lưới điện như sau:

- Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất

- Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất

- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công suất bé nhất

- 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 điện vận hành tối ưu và có độ tin cậy cung cấp điện lớn nhất Bài toán này được xét đến trong luận văn này

Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của một lưới điện phân phối cực tiểu tổn thất năng lượng, cực tiểu chi phí vận hành thoả mãn các điều kiện

kỹ thuật vận hành hay bài toán tính toán độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối luôn là bài toán quan trọng và kinh điển trong vận hành hệ

thống điện Bảng 2.1 trình bày phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc theo đặc điểm lưới điện phân phối

Bảng 2.1: Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới

Chi phí chuyển tải thấp,

Chi phí chuyển tải cao, mất

Lưới điện thường xuyên bị

Lưới điện hầu như không quá

Trong luận văn này, bài toán 7 được đưa ra hướng giải quyết bài toán trong các điều kiện vận hành của lưới điện phân phối:

Trong điều kiện vận hành bình thường:

- Vận hành lưới điện sao cho độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống là lớn nhất

- Vận hành lưới điện đảm bảo cân bằng tải để giảm khả năng quá tải trên

hệ thống

Trong điều kiện vận hành bị sự cố:

- Các thiết bị bảo vệ phải làm việc có độ tin cậy cao, cô lập vùng bị sự

cố

- Nhanh chóng khôi phục cung cấp điện cho các phụ tải bị ảnh hưởng

- Đảm bảo cân bằng công suất trên phụ tải

2.5 Các nghiên cứu khoa học về bài toán tối ưu cấu trúc lưới điện phân

phối

2.5.1 Giới thiệu

Để xác định cấu trúc lưới phân phối theo các bài toán thì đầu tiên phải xây dựng mô hình toán học cho lưới phân phối Tùy theo từng bài toán mà ta tiến hành xây dựng hàm mục tiêu cụ thể Trong luận văn này chúng ta cần phải xây dựng hàm mục tiêu để cực đại độ tin cậy cung cấp điện thông qua

việc tính chi phí vận hành và chi phí ngừng cung cấp điện cho hệ thống

Vấn đề tái cấu trúc lưới phân phối cũng tương tự như việc tính toán phân bố công suất tối ưu cho một lưới điện Tuy nhiên, tái cấu trúc lưới điện

là một yêu cầu một khối lượng biến lớn do có nhiều biến số tác động đến các trạng thái của khóa điện và các điều kiện vận hành như: lưới điện phân phối phải vận hành hở, không quá tải máy biến áp, đường dây, thiết bị đóng cắt, …

và sụt áp tại hộ tiêu thụ nằm trong giới hạn cho phép

Về mặt toán học, tái cấu trúc lưới là bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc theo dòng công suất chạy trên các nhánh, tại [3] vấn đề được trình bày như sau:

Sij, DVij Dòng công suất, Sụt áp trên nhánh ij

Dj Nhu cầu công suất điện tại nút j

t

f

Với mô tả trên, tái cấu trúc hệ thống lưới điện phân phối là bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc Hàm mục tiêu bị gián đoạn, rất khó để giải bài toán

tái cấu trúc bằng phương pháp giải tích toán học truyền thống vì khối lượng tính toán cực kỳ lớn, ngay khi sử dụng các giả thuyết sau:

- Không xét đến thiết bị bù công suất phản kháng

- Thao tác đóng/cắt để chuyển tải không gây ổn định của hệ thống điện

- Điện áp tại các nút tải không thay đổi và có giá trị gần bằng Uđm

- Khi giải quyết bài toán phân bố công suất trên lưới hình tia, bỏ qua việc tổn thất công suất

- Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được xem là không đổi khi cấu trúc lưới thay đổi

Do đó, khi tiếp cận bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối thì các nhà khoa học thường sử dụng các phương pháp tìm kiếm tối ưu sẽ cho kết quả tốt hơn Các phương pháp tìm kiếm tối ưu thường được sử dụng trong bài toán tái cấu trúc lưới phân phối như: phương pháp Heuristic tối ưu hóa, Hệ chuyên gia, Thuật toán di truyền,…

2.5.2 Giải thuật của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín

Giải thuật Merlin và Back [5] khá đơn giản: “Đóng tất cả các khóa điện lại tạo thành một lưới kín, sau đó giải bài toán phân bố công suất và tiến hành

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

Ở 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 hình tia, Merlin và Back lần lượt loại bỏ những nhánh có công suất nhỏ nhất, quá trình sẽ chấm dứt khi tất cả các phụ tải được cung cấp điện và lưới điện vận hành hở

Những ưu điểm của phương pháp này:

- Cấu trúc lưới cuối cùng độc lập với trạng thái ban đầu của các khóa điện

- Quá trình thực hiện phương pháp này dẫn đến tối ưu hoặc gần tối ưu theo hàm mục tiêu

Nhược điểm của phương pháp này:

- Phụ tải được giả định hoàn toàn là tải tác dụng và được cung cấp bởi các nguồn hiện tại sẽ không thay đổi trong quá trình thực hiện tái cấu trúc

- Sụt áp trên lưới được cho là không đáng kể

- Các hạn chế khác của lưới điện cũng được bỏ qua

Từ những nhược điểm trên thì Shirmohammadi và Hong [6] đã cải tiến giải thuật của Merlin và Back thu được kết quả trong việc tìm kiếm giải pháp tối ưu hoặc gần tối ưu của hàm mục tiêu Giải thuật này chỉ khác so với giải thuật nguyên thủy của Merlin và Back ở chổ có xét đến điện thế ở các trạm trung gian và yếu tố liên quan đến dòng điện (hình 2.3)

Shirmohammadi [6] là tác giả đầu tiên sử dụng kỹ thuật bơm vào và rút

ra một lượng công suất không đổi để mô phỏng thao tác chuyển tải của lưới điện phân phối hoạt động hở về mặt vật lý nhưng về mặt toán học là một mạch vòng Dòng công suất bơm vào và rút ra là một đại lượng liên tục Sau khi chỉnh sửa, kỹ thuật này vẫn còn có nhiều nhược điểm như:

- Mặc dù đã áp dụng các luật Heuristic, giải thuật này vẫn cần quá nhiều thời gian để tìm ra được cấu trúc giảm tổn thất công suất

- 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

Bắt đầu Nhập cấu trúc lưới điện và khóa điện

Giải bài toán phân bố công suất

Giải bài toán phân bố công suất

và thay thế tải bằng các nguồn dòng

Đóng tất cả các khóa điện

Mở khóa điện có dòng bé nhất

Đóng khóa điện vừa mở

Mở khóa điện có dòng bé nhất tiếp theo

Vi phạm các điều kiện vận hành

Lưới điện hình tia

Hình 2.3: Giải thuật của MerLin và Back đã được Shirmohammadi chỉnh sửa

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

Giải thuật của Civanlar [7] dựa trên luật Heuristic để tái cấu trúc lưới điện phân phối, lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày tại hình 2.4 Giải thuật của Civanlar được đánh giá cao nhờ có các đặc điểm sau:

 Xác định hai quy 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 khóa 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 phí có độ sụt áp bé hơn

 Xây dựng 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 lưới

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 khóa điện đang mở Biểu thức 2.7 được rút gọn từ phân tích mô hình tải phân bố tập trung Biểu thức này tỏ ra chính xác khi ứng dụng cho các lưới điện mẫu nhỏ nhưng chưa được kiểm chứng ở lưới điện lớn

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

01 khoá đóng trong cùng một vòng để giảm tổn thất công suất Vòng được chọn để đổi nhánh là vòng có cặp khoá đóng/mở có mức giảm tổn thất công suất lớn nhất Quá trình được lặp lại cho đến khi không thể giảm được tổn thất nữa

 Giải thuật Civanlar có những ưu điểm sau :

- Việc xác định dòng tải tương đối chính xác

- 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

 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

Giảm số lần thao tác khóa điện bằng cách xem xét các luật heeuristic

Thực hiện thao tác đóng/cắt

có mức độ giảm tổn thất công suất

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

Phân bố công suất cho lưới điện mới

Kiểm tra quá tải và độ sụt áp cho phép

Chọn thao tác đóng/cắt kết tiếp

Hệ thống được xem là tối ưu Không

Có

Không

Có

Hình 2.4: Lưu đồ giải thuật của Civanlar và các cộng sự

2.5.4 Thuật toán di truyền – 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 một 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

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 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 một số cấu trúc ngẫu nhiên từ lưới điện phân phối điện

- Bước 2: ký hiệu các khóa thường đóng (sectionalize switches) trong mạng điện 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 đã được chọn ra ban đầu

- Bước 4: chọn ra được cấu trúc tốt nhất dựa vào hàm mục tiêu, tiếp theo đem cấu trúc này thay đổi một số vị trí hay còn gọi là gây đột biến để tạo ra cấu trúc mới

Công thức để tính toán gây ra đột biến

Trong đó:

 Bnp: chuỗi nhị phân tạo ra biến ngẫu nhiên

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

 S (-1; 1) với cùng xác xuất GGAP đột biến

 k: giá trị ngẫu nhiên (1, PRECI)

Với aj là vị trí các khóa đóng/mở được mã hóa thành chuỗi nhị phân

- 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

- Bước 7: nếu thời gian cho phép chấm dứt thì dừng chương trình tìm kiếm và xuất ra kết quả tính toán

 Ưu điểm của phương pháp này:

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

- Có 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 phương pháp giải đầy tiềm năng, trong tương lai nếu cải tiến được thuật toán này mạnh hơn và tốc độ tính toán của máy tính nhanh hơn thì hoàn toàn có thể áp dụng vào bài toán thực tế vận hành

 Khuyết điểm giải thuật GA

- Do không gian tìm kiếm nghiệm rộng lớn nên hiện tại phương pháp này

có tốc độ giải còn khá chậm

- Việc tái cấu trúc lại hệ thống phụ thuộc vào cấu trúc xuất phát và tế bào lai ghép ban đầu của hệ thống

2.5.5 Giải thuật đàn kiến ( Ant colony search – 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 một 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 một 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 hởng 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

Các bước áp dụng giải thuật kiến cho bài toán tái cấu trúc lưới điện:

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

- Bước 2: mỗi cấu trúc tượng trưng cho đoạn đường đi mà kiến đã đi sẽ được tính toán hàm mục tiêu (giảm tổn thất công suất, cân bằng tải, )

- 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 (2.10)

T (0): Dấu chân ban đầu được tạo ra cho mỗi đoạn đường

Sau khi các cấu trúc ban đầu tạo ra đã 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 ta sẽ làm bay hơi dấu chân của các cấu trúc này bằng công thức:

T

;i XT

ij

T Cường độ dấu chân lớn nhất của hàng thứ i  X

 TmaxCường độ dấu chân lớn nhất của ma trận dấu chân

 in khả năng đóng mở của các khóa trong từng vòng, giá trị này

[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

2.5.6 Mạng thần kinh nhân tạo (Aritificial Neutral Network – ANN)

Hệ thần kinh nhân tạo tỏ ra khá đặt biệt hữu dụng để thực hiện tái cấu trúc lưới vì chúng có thể mô phỏng mối liên hệ giữa tính chất phi tuyến của tải với tính chất của mạng lưới topo nhằm cực tiểu hóa tổn thất trên đường dây Mặt dù ANN làm giảm đáng kể thời gian tính toán ngay cả khi áp dụng các hệ thống phức tạp, việc ứng dụng chúng trong thực tế vẫn gặp khó khăn 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 chính xác để đảm bảo kết quả tính toán có ý nghĩa

Kim và các cộng sự [8] đã 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 đã 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 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 Chính vì vậy cấu trúc lưới đề nghị dùng ANN cũng không thể chỉ ra được trạng thái cực tiểu

2.5.7 Thuật toán bầy đàn (Practicle Swarm Optimization – PSO)

Eberhart và Kennedy đã đề xuất phương pháp tối ưu bầy đàn thông minh vào năm 1995, bản chất của phương pháp là hành vi thông minh của các

cá 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:

Bước 1

Bước 2 Bước 3

Bắt Đầu Tạo ra các điều kiện ban đầu cho mỗi cá thể

Đánh giá điểm tìm kiếm của mỗi cá thể

2.5.8 Thuật toán tìm kiếm Tabu (Tabu Search – 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 đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật Trong lĩnh vực hệ thống điện hiện 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 tiềm kiếm này đã và đang được áp dụng rộng rãi trong việc

xử lý một số vấn đề của mạng điện và mang lại một số kết quả rất khả quan Thuật toán tìm kiếm Tabu được ứng dụng để tính toán các phương án tối ưu

và gần tối ưu đối với bài toán cấu trúc bởi các bước sau đây:

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

bao gồm tất cả các điều kiện ràng buộc khi vận hành

- Bước 2: lựa chọn phương án ngẫu nhiên từ không gian tìm kiếm S0 ϵ Ω Các nghiệm này được thực hiện bởi số lượng khóa điện sẽ được mở trong suốt quá trình tái cấu trúc

- Bước 3: để phương án ban đầu thu được trong bước 2 là phương án

hiện tại và phương án tối ưu nhất Sbest = S0 và Scurent = S0