nghiên cứu và đề xuất pháp mới cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

Ngày này, một số phương pháp tiên tiến áp dụng các giải thuật trong trí tuệ nhân tạo như giải thuật Gen di truyền GA,giải thuật Kiến ACS, giải thuật PSO được sử dụng nhằm giải quyết bài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-o0o -

NGUYỄN TÙNG LINH

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHÁP MỚI CHO BÀI TOÁN TÁI

CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-o0o -

NGUYỄN TÙNG LINH

NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHÁP MỚI CHO BÀI TOÁN TÁI

CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

CHUYÊN NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐINH QUANG HUY

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp cao học là một trong những bước quan trọng để tôi có

thể ra trường Tôi rất hạnh phúc khi thực hiện xong đồ án tốt nghiệp và quan trọng

hơn là những gì tôi đã học được trong thời gian qua Bên cạnh kiến thức thu được, tôi đã học được phương pháp nghiên cứu một cách độc lập Sự thành công này không đơn thuần bởi sự nỗ lực của cá nhân, mà còn có sự hỗ trợ và giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn và gia đình Nhân cơ hội này, cho phép tôi được bày tỏ lời cảm ơn của tôi đến họ

Trước tiên, tôi xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô trong

bộ môn Hệ thống điện – Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến TS Đinh Quang Huy, thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, tôi không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho tôi trong quá trình học tập và công tác sau này

Sau cùng cho tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Học viên

Nguyễn Tùng Linh

MỤC LỤC

Nội dung Trang

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các bản vẽ

Mục lục

CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI, BÀI TOÁN

TÁI CẤU TRÚC 6

1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 Giới thiệu tổng quan về lưới điện phân phối

Giới thiệu về lưới điện phân phối

Đặc điểm và yêu cầu của lưới điện phân phối

Các thiết bị phân đoạn trên lưới phân phối

Tổn thất trên lưới điện phân phối

6 7 7 8 12 1.3 Các biện pháp giảm tổn thất công suất, bài toán tái cấu trúc 14

CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN, MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 16 2.1 Tiếp cận bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 16

2.1.1 Mô hình bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 16

2.1.2 Các giả thiết trong bài trong bài toán tái cấu trúc 18

2.1.3 Các mục tiêu khi xét đến bài toán tái cấu trúc lưới điện 20

2.2 Một số phương pháp nghiên cứu bài toán tái cấu trúc lưới điện 23

2.2.1 Tổng hợp các phương pháp cơ bản 23

2.2.1.1 Giải thuật của Merlin và Back, kỹ thuật vòng kín 23

2.2.1.2 Giải thuật của Civanlar, áp dụng kỹ thuật đổi nhánh 25

2.2.1.3 Giải thuật của Bran và Wu cải tiến phương pháp của Civanlar 27

2.2.2 Tổng hợp các phương pháp tiên tiến mới áp dụng trí tuệ nhân tạo 28 2.2.2.1 Phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối sử dụng giải thuật di truyền

2.2.2.2 Phương pháp tái cấu trúc lưới điện sử dụng giải thuật Ant colony system

(ACS) 30

2.2.2.3 Phương pháp tái cấu trúc lưới điện sử dụng giải thuật Particle Swarm Optimization (PSO) 33

2.3 Kết luận và nhận xét 35

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN ARTIFICIAL BEE CONOLY (ABC), ÁP DỤNG CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN

37 3.1 Thuật toán Artificial Bee Colony (ABC) 37

3.1.1 Ý tưởng của thuật toán 37

3.1.2 Một số khái niệm 53

3.1.3 Thuật toán 56

3.1.4 Các tính năng và ứng dụng của thuật toán ABC 60

3.2 Áp dụng thuật toán Artificial Bee Colony (ABC) cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

61 3.2.1 Hàm mục tiêu của bài toán tái cấu trúc 61

3.2.2 Sơ đồ thuật toán của bài tái cấu trúc lưới điện phân phối 62

CHƯƠNG 4: KIỂM TRA THUẬT TOÁN TRÊN LƯỚI ĐIỆN MẪU IEEE VÀ TRÊN LƯỚI THỰC TẾ

66 4.1 Kiểm tra thuật toán trên sơ đồ lưới điện chuẩn của IEEE 67

4.1.1 Các bước thực hiện 67

4.1.2 Giới thiệu về phần mềm PSS/ADEPT 69

4.2 4.2.1 4.2.2 Kiểm tra thuật toán trên các ví dụ mẫu và lưới điện thực tế

Kiểm tra trên lưới điện Civanlar 3 nguồn

Kiểm tra trên lưới điện Civanlar 2 nguồn

79 79 83

nhánh của công ty điện lực Đống Đa ……… ………

DANH MỤC NHỮNG TỪ NGỮ VIẾT TẮT

ABC Artificial Bee Colony

ACS Giải thuật Ant colony system

ACO Giải thuật Ant Colony Optimization

BCO Thuật toán tối ưu đàn ong

CDPT Cầu dao phụ tải

CDPT Cầu dao phụ tải

MBA Máy biến áp

MNC Maximum Interation Count

TA Mạng trung áp

VBA Thuật toán đàn ong ảo

DANH MỤC BẢNG BIỂU

1 Bảng 3.1 Đặc điểm của thuật toán ABC và bài toán tái cấu trúc 62

2 Bảng 4.1 Dữ liệu lưới điện civanlar 3 nguồn 16 nút 80

3 Bảng 4.2: kết quả các bước tính tái cấu trúc lưới điện của thuật toán ABC 82

4 Bảng 4.3 Bảng so sánh kết quả bé nhất tìm được từ các thuật toán 82

5 Bảng 4.4 Các thông số của mạng điện Civanlar hai nguồn 83

6 Bảng 4.5 Kết quả các bước thực hiện tái cấu trúc theo thuật toán ABC 84

7 Bảng 4.6 Bảng so sánh kết quả bé nhất tìm được từ các thuật toán 84

9 Bảng 4.8 Kết quả các bước thực hiện tái cấu trúc theo thuật toán ABC 87

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

2 Hình 2.2 Các bước đánh giá lưới điện phân phối của R.E Lee và C.L Brook 19

3 Hình 2.3 Sơ đồ bảo vệ lưới điện phân phối trung áp mạch vòng vận hành hở 22

4 Hình 2.4 Sơ đồ bảo vệ lưới điện phân phối trung áp hình tia 23

6 Hình 2.6 Sơ đồ giải thuật Civanlar và các cộng sự 26

8

Hình 2.8 Sơ đồ Giải thuật Particle Swarm Optimization (PSO) 33

9 Hình 2.9 Giải thuật Particle Swarm Optimization (PSO) 35

10

Hình 3.1 So sánh các chiến lược tối ưu hóa cổ điển và hiện đại heuristic 39

12 Hình 3.3 Hành vi của ong mật tìm kiếm thức ăn 55

16 Hình 3.7 Sơ đồ giải thuật thuật toán ABC áp dụng cho bài toán tái cấu trúc

Hình 4.1: Sơ đồ các bước thực hiện kiểm tra ví dụ

Hình 4.2 Hộp thoại thuộc tính nút Source và mô hình nút nguồn trên sơ đồ

Hình 4.3 Hộp thoại thuộc tính nút tải và mô hình nút tải trên sơ đồ

Hình 4.4 Hộp thoại thuộc tính nút tải điện năng và mô hình trên sơ đồ

Hình 4.5 Hộp thoại thuộc tính thiết bị đóng cắt và mô hình thiết bị đóng cắt

Hình 4.6 Hộp thoại thuộc tính nút tải và mô hình nút tải trên sơ đồ

Hình 4.7 Hộp thoại thuộc tính nút tải và mô hình nút tải trên sơ đồ

Hình 4.8 Hộp thoại thuộc tính tụ bù và mô hình tụ bù trên sơ đồ

Hình 4.9 Hộp thoại thuộc tính máy biến áp và mô hình máy biến áp trên sơ đồ Hình 4.10 Bảng dữ liệu về nút nguồn của mô hình

Hình 4.11 Bảng dữ liệu về phụ tải của mô hình

Hình 4.12 Bảng dữ liệu về đoạn dây của mô hình

Hình 4.13 Bảng dữ liệu về thiết bị đóng cắt của mô hình

Hình 4.14 Bảng dữ liệu về phụ tải của mô hình được chuyển sang excel

Hình 4.15 Hộp thoại option-Thẻ load flow: Các chọn lựa cho các bài toán

phân bố công suất

Hình 4.16: Sơ đồ 1 sợi lưới phân phối 16 nút

Hình 4.17 Nhập dữ liệu trong phần mềm PSS/ADEPT

Hình 4.18 Mạng điện Civanlar hai nguồn trước khi tái cấu trúc

Hình 4.19 Sơ đồ tính toán cho lưới điện thực tế của điện lực Đống Đa

536 huyện trên 64 tỉnh thành phố Nếu tính theo số xã, có 8689 xã trong tổng số 9024

xã trên cả nước có điện Các xã, huyện còn lại chưa có điện lưới Quốc gia hiện đang

sử dụng nguồn điện tại chỗ là thủy điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel Chương trình điện nông thôn của Chính phủ sẽ tiếp tục đẩy mạnh phát triển lưới điện phân phối, đảm bảo 100% số xã, huyện được cấp điện Cùng với Tổng sơ đồ phát triển điện lực VI được phê duyệt là kế hoạch cải tạo và phát triển lưới điện trung áp Khối lượng lưới điện phân phối dự kiến xây dựng đến năm 2020 sẽ bao gồm hơn 120.000 km đường dây trung áp, gần 85.000 MVA trạm phân phối và gần 93.000 km đường dây hạ áp Khối lượng dự kiến cải tạo và xây dựng sẽ tương đương với khối lượng lưới phân phối hiện hữu Với lưới điện phân phối có quy mô gấp đôi hiện tại, các công ty Điện lực và các Điện lực tỉnh, thành phố sẽ phải đối diện với những khó khăn nhất định trong công tác quản lý đầu tư xây dựng và quản lý vận hành Do vậy, việc đảm bảo và nâng cao năng lực quản lý vận hành là cần thiết và phải chú trọng

Kinh nghiệm các điện lực trên thế giới cho thấy tổn thất thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải là khoảng 2% Vấn đề tổn thất trên lưới phân phối liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành Do đó trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của lưới điện phân phối Trong những năm gần đây, lưới điện phân phối của nước ta phát triển mạnh, các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh về quản lý Chất lượng vận hành của lưới phân phối được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh Tỷ lệ tổn thất trên lưới phân phối từ mức cao nhất tại

Công ty Điện lực 2 năm 2004 bằng 12% đến năm 2006 chỉ còn 9,4% Tỷ lệ tổn thất của Công ty Điện lực Đồng Nai suốt 5 năm qua ở mức 4% đến 5% gần ở mức thấp nhất Mặc dù tỷ lệ tổn thất trên lưới điện phân phối đã giảm đáng kể trong thời gian qua, nhưng mức giảm tổn thất này vẫn còn rất khiêm tốn Chính phủ có quyết định yêu cầu EVN giảm mức tổn thất trên toàn lưới điện (bao gồm cả lưới truyền tải) xuống mức 11% vào năm 2006 và 9% vào năm 2010 Như vậy vẫn còn nhiều biện pháp đồng

bộ cần thực hiện để đạt được mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện

Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện có thể thực hiện bằng các biện pháp cụ thể: thay thế các thiết bị cũ bằng các thiết bị tin cậy hơn, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy phát Các biện pháp này tuy đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao nhưng yêu cầu vốn đầu tư lớn, chỉ thích hợp áp dụng cho các phụ tải quan trọng không được phép mất điện Trong thực tế để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, lưới phân phối thường sử dụng cấu trúc mạch vòng nhưng vận hở Điểm mở của mạch vòng được tính toán và lựa chọn sao cho tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên lưới

là nhỏ nhất Do đó không những nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện mà chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng cũng được đảm bảo là tốt nhất

Tương tự như vậy, việc nâng cao chất lượng điện năng cũng có thể thực hiện bằng nhiều biện pháp hiệu quả nhưng yêu cầu vốn đầu tư lớn: nâng cao điện áp vận hành của lưới điện, tăng tiết diện dây dẫn, bù kinh tế trên lưới điện, cải thiện cấu trúc

và vật liệu để sản xuất các thiết bị điện có tổn thất nhỏ

Trong mạng phân phối điện, tải trên mạng phân phối điện ngày càng tăng nhưng

sự gia tăng tải phải nằm trong giới hạn cho phép, trong khi đó cấu trúc của mạng lại không thay đổi Từ đó sẽ làm cho tổn thất của mạng phân phối điện tăng lên nếu cấu trúc mạng vẫn giữ nguyên Muốn giảm tổn thất người ta sẽ dùng các phương pháp như: đặt tụ bù tại các vị trí thích hợp, cải tạo lại lưới điện… nhưng nếu làm như thế sẽ đòi hỏi phải cần đầu tư rất nhiều mà hiệu quả giảm tổn thất điện năng lại không đáng kể

Vì vậy, khi tải tăng trong giới hạn cho phép của mạng phân phối, ta có thể dùng phương pháp tái cấu trúc để làm giảm tổn thất trên đường dây Có rất nhiều phương pháp để tái cấu trúc trên lưới phân phối để tổn thất là nhỏ nhất như: phương pháp cổ

điển cho kết quả chính xác tuy nhiên lại không dùng được trong mạng phân phối thực tế do không gian nghiệm lớn sẽ mất nhiều thời gian cho việc tìm kiếm cấu trúc tối ưu Tiếp theo các phương pháp cổ điển thì một số phương pháp khác giải quyết theo các hướng áp dụng các giải thuật như: Giải thuật kinh nghiệm, giải thuật mô phỏng Luyện Kim(SA) đã được đưa vào áp dụng, tuy nhiên các phương pháp này cũng cải thiện được phần nào về tốc độ xử lí bài toán, tuy nhiên giá trị hàm mục tiêu chưa được tốt Ngày này, một số phương pháp tiên tiến áp dụng các giải thuật trong trí tuệ nhân tạo như giải thuật Gen di truyền (GA),giải thuật Kiến (ACS), giải thuật PSO được sử dụng nhằm giải quyết bài toán này, kết quả của các hướng nghiên cứu này cho tập nghiệm, giá trị hàm mục tiêu tốt hơn, và tốc độ xử lý tốt nhanh hơn

Do đó việc áp dụng trí tuệ nhân tạo vào bài toán tái cấu trúc lưới điện đang là vấn

đề được chú ý và cần quan tâm

II Mục tiêu và nhiệm vụ luận văn

Trong phạm vi luận văn này, tác giả tập trung nghiên cứu, xây dựng nội dung cho các vấn đề sau:

- Nghiên cứu tổng quan về lưới điện phân phối

- Nghiên cứu mô hình bài toán tái cấu trúc lưới theo mục tiêu tổn thất công suất nhỏ nhất có xét đến các ràng buộc về chất lượng điện áp Tóm tắt giới thiệu một vài phương pháp cơ bản cho bài toán tái cấu tìm điểm mở tối ưu hoá phương thức vận hành lưới điện phân phối, nhằm giảm tổn thất công suất, đảm bảo điện áp trong giới hạn cho phép, nâng cao chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng

- Tìm hiểu một số phương pháp áp dụng trí tuệ nhân tạo trong bài toán tái cấu trúc lưới điện

- Đề xuất phương pháp mới cho bài toán tái cấu trúc lưới điện, áp dụng thuật toán đàn ong –Artificial Bee Colony (ABC)

- Kiểm tra độ chính xác của thuật toán trên một số lưới điện mẫu của IEEE

III Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu vấn đề lựa chọn điểm mở tối ưu hoá tìm phương thức vận hành lưới điện phân phối theo hàm mục tiêu tổng thất công suất trên lưới phân phối là nhỏ nhất

và đảm bảo chất lượng điện năng (tái cấu trúc lưới điện) Trình bày bài toán tái cấu trúc và giới thiệu một số phương pháp cơ bản cho bài toán tái cấu trúc lưới điện Tìm hiểu thuật toán Artificial Bee Colony (ABC), và áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối, dựa trên nguyên tắc hệ thống mạch vòng và yêu cầu vận hành hình tia, nhằm mục đích giảm tổn thất công suất, đảm bảo điện áp, nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống điện

IV Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu mô hình lưới điện phân phối, có cấu trúc theo kiểu cầu dao phân đoạn và có nhiều phân đoạn liên kết giữa các đường trục

- Nghiên cứu, giới thiệu một số phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện

- Nghiên cứu, tìm hiểu thuật toán Artificial Bee Colony (ABC), đề xuất giải thuật áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

- Xây dựng chương trình Artificial Bee Colony (ABC) cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

- Kiểm tra thuật toán trên bài toán mẫu của IEEE, và tính toán trên lưới điện thực tế của điện lực Đống Đa Đánh giá kết quả của việc áp dụng

V Giá trị thực tiễn của luận văn

Đưa ra một phương pháp tìm kiếm, tính toán tìm phương án tối ưu, từ đó lựa chọn điểm mở để tối ưu hoá phương thức vận hành cho các lưới điện phân phối được thiết

kế kín nhưng vận hành hở hiện nay

Xây dựng chương trình sử dụng thuật toán ABC để áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện Cho phép đưa ra phương án vận hành lưới điện hợp lý nhất để tối thiểu hoá tổn thất công suất bằng cách chỉ ra các trạng thái thiết bị (đóng/cắt) tốt nhất trên lưới Đây là nội dung rất thiết thực và phù hợp với điều kiện thực tại đa dạng của lưới điện phân phối Việt Nam

VI Bố cục luận văn: Luận văn được trình bày trong 5 chương:

Chương 1: Đặc điểm lưới điện phân phối, bài toán tái cấu trúc lưới điện

Chương 2: Bài toán tái cấu trúc lưới điện, tìm hiều một vài phương pháp xác định

tái cấu trúc lưới điện phân phối

Chương 3: Giới thiệu thuật toán ABC, áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

phân phối

Chương 4: Kiểm tra trên bài toán mẫu IEEE và áp dụng thực tế

Chương 5: Kết luận và định hướng nghiên cứu

CHƯƠNG 1 ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI,

VÀ BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN

1.1 Giới thiệu tổng quan về lưới điện phân phối

1.1.1 Giới thiệu về lưới điện phân phối

Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng

Hệ thống lưới điện phân phối: Điện năng được tải từ phía thứ cấp trạm biến áp phân phối của cấp truyền tải hay trạm biến áp trung gian của cấp truyền tải đến các máy biến áp phân phối với cấp điện áp từ 10 kV đến 22 kV Máy biến áp phân phối hạ

áp xuống cung cấp cho mạng phân phối từ 110 V đến 660 V Hệ thống lưới phân phối cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng Trong công cuộc phát triển đất nước hiện nay, việc cung cấp điện năng là một trong những ngành quan tâm hàng đầu của Chính Phủ nói chung và của ngành điện nói riêng Tại Việt Nam hiện nay tính đến cuối năm

2004, tổng chiều dài đường dây trung áp bằng khoảng 115 nghìn km, tổng chiều dài đường dây hạ áp gần 110 nghìn km, tổng dung lượng các trạm biến áp hạ áp gần 29 nghìn MVA Lưới điện phân phối do 3 công ty điện lực miền, 2 công ty điện lực thành phố và 3 công ty điện lực tỉnh quản lý Đến tháng 6 năm 2005, lưới điện phân phối đã cung cấp điện cho 525 huyện trong tổng số 536 huyện trên 64 tỉnh thành phố Nếu tính theo số xã, có 8689 xã trong tổng số 9024 xã trên cả nước có điện Các xã, huyện còn lại chưa có điện lưới Quốc gia hiện đang sử dụng nguồn điện tại chỗ là thủy điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel Chương trình điện nông thôn của Chính phủ sẽ tiếp tục đẩy mạnh phát triển lưới điện phân phối, đảm bảo 100% số xã, huyện được cấp điện Cùng với Tổng sơ đồ phát triển điện lực VI được phê duyệt là kế hoạch cải tạo và phát triển lưới điện trung áp Khối lượng lưới điện phân phối dự kiến xây dựng đến năm 2020 sẽ bao gồm hơn 120.000 km đường dây trung áp, gần 85.000 MVA trạm phân phối và gần 93.000 km đường dây hạ áp Vì vậy để đảm bảo chất lượng điện năng thì việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng, chất lượng

điện năng được đánh giá thông qua các tiêu chí như tần số ổn định, điện áp không đổi, điện năng được cung cấp liên tục

1.1.2 Các đặc điểm và yêu cầu của lưới điện phân phối

a Đặc điểm của lưới phân phối

Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22, 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung hạ áp, lưới hạ áp 380/220V cấp điện cho các phụ tải hạ áp

Một số đặc điểm chính của lưới điện phân phối:

- Mạng điện phân phối cung cấp trực tiếp đến các hộ tiêu thụ điện, do đó so với mạng điện truyền tải thì mạng điện phân phối được trải rộng trên toàn bộ phạm

vị, số lượng các thiết bị, đường dây cũng nhiều hơn so với lưới truyền tải rất nhiều

- Phương án vận hành của lưới điện phân phối thường được thay đổi thường xuyên khi có yêu cầu để đảm bảo cho phụ tải luôn được cấp điện Do đó trên lưới điện phân phối thường có nhiều các thiết bị đóng cắt hơn so với lưới tuyền tải

- Đặc điểm quan trọng của mạng điện phân phối đó là có cấu trúc hình tia, mạnh vòng kín nhưng thường vận hành hở

- Lý do lưới điện phân phối luôn được vận hành hở:

Việc lưới điện phân phối phải vận hành hở lưới phân phối xuất phát từ những đặc trưng của lưới phân phối:

- 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

- Tổng trở 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

- Trên lưới phân phối 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

- 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

Từ các đặc trưng của lưới điện và yêu cầu kỹ thuật trong lưới phân phối, do đó lưới điện phân phối được thiết kế kín nhưng vận hành hở

b Các yêu cầu đối với lưới điện phân phối

- Mạng điện phân phối cung cấp điện năng trực tiếp cho khách hàng sử dụng, do

đó chất lượng điện áp là yêu cầu quan trọng cần được đảm bảo Điện áp của lưới phân phối phải nằm trong giới hạn cho phép Độ biến thiên điện áp cho phép là  5% Uđm

- Các thiết bị như máy biến áp, đường dây, cầu chì phải được đảm bảo không bị quá tải

- Để đảm bảo việc cung cấp điện liên tục và ít gây mất điện nhất cho khách hàng, lưới điện phân phối phải được cung cấp từ nhiều nguồn khác nhau như, có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế

- Khi thiết kế lưới điện phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai

- Việc duy tu bải dưỡng cho lưới phân phối phải đảm bảo chi phí nhỏ nhất

1.1.3 Các thiết bị phân đoạn trên lưới phân phối trung áp

Để phân đoạn lưới phân phối nâng cao độ tin cậy, giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện ngoài các thiết bị cổ điển như dao cách ly, cầu dao phụ tải, người ta còn sử

dụng một số thiết bị tự động để làm thiết bị phân đoạn như: máy cắt, dao cách ly tự

động, máy cắt tự động đóng lại (Recloser) v.v

Việc quyết định sử dụng các thiết bị tự động cần phải xem xét từ nhiều khía cạnh của hệ thống cung cấp điện, phải phối hợp tốt nhiều mặt như chọn sơ đồ nối dây, chọn thiết bị, hình thức bảo vệ, trình độ vận hành và khai thác thiết bị tự động v.v với chi phí đầu tư tương ứng

a DAS (Distribution Automatic System)

DAS là hệ thống phân phối điện tự động điều hành bằng máy tính Trên lưới điện trung áp được phân đoạn bằng DAS có các ưu điểm nổi trội hơn so với các hệ thống lưới điện phân phối trung áp sử dụng các thiết bị phân đoạn nêu trên nhờ khả năng tự động hóa, giám sát và điều khiển xa

DAS cung cấp chức năng điều khiển và giám sát từ xa các dao cách ly phân đoạn tự động, phối hợp giữa các điểm phân đoạn trên lưới điện phân phối trung áp, nhờ đó nhanh chóng cô lập được phân đoạn sự cố, khôi phục việc cung cấp điện năng cho các phần còn lại của hệ thống không bị sự cố

Lưới phân phối trung áp sử dung hệ thống DAS có thời gian cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố rất nhỏ do đó độ tin cậy của lưới điện phân phối trung áp phân đoạn bằng DAS rất cao

Thực tế, do chi phí đầu tư khá cao cùng với hiện trạng của lưới điện phân phối trung áp ở Việt Nam thường có tình trạng chắp vá, thiếu đồng bộ nên việc khai triển hệ thống DAS vẫn trong giai đoạn nghiên cứu khả thi Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ và yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng của các phụ tải ngày càng cao thì xu hướng lắp đặt hệ thống DAS là tất yếu

b Recloser (Máy cắt tự động đóng lại)

Trên lưới điện phân phối phân đoạn bằng Recloser, khi xảy ra sự cố trên phân đoạn nào thì Recloser ở phân đoạn đó sẽ tác động cắt phân đoạn đó ra Sau một thời gian xác định Recloser tự động đóng trở lại Nếu là sự cố thoáng qua phân đoạn sự cố được khôi phục cấp điện trở lại Nếu là sự cố vĩnh cửu Recloser lại cắt và tách phân đoạn sự

cố ra khỏi lưới điện Việc cung cấp điện được tiếp tục từ đầu nguồn đến phân đoạn nằm trước phân đoạn sự cố

Đối với đường dây trên không tỷ lệ sự cố thoáng qua rất cao như: phóng điện chuỗi sứ khi quá điện áp, dây dẫn chạm nhau khi đung đưa do gió to, đường dây và thanh góp bị ngắn mạch bởi những vật khác nhau v.v Vì vậy sử dụng Recloser có xác suất thành công cao, sử dụng hiệu quả với lưới phân phối trung áp trên không

Việc sử dụng Recloser, các sự cố thoáng qua sẽ được khôi phục cung cấp điện trong thời gian rất ngắn, do đó thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện được giảm đáng kể Ngoài ra việc lắp đặt, thao tác và vận hành Recloser tương đối dễ dàng, do đó tuy giá thành cao nhưng hiện nay Recloser đã được sử dụng rộng rãi trên lưới điện phân phối của nước ta

c Dao cách ly tự động (DCLTĐ)

Dao cách ly tự động (DCLTĐ) khác với dao cách ly ở chỗ DCLTĐ có gắn thiết

bị điều khiển thời gian trễ (FDR – Fault Detecion relay hay còn gọi là rơle phát hiện sự cố) Trên đường dây phân phối có DCLTĐ được lắp đặt, khi có sự cố máy cắt đầu nguồn sẽ cắt và quá trình cung cấp điện bị ngừng, sau đó tất cả các DCLTĐ trên tuyến đường dây phân phối sẽ cắt (đây được gọi là cắt không điện áp của DCLTĐ) Sau khi máy cắt đóng lại, các phân đoạn thuộc đường dây sẽ được cung cấp bằng cách đóng thử nghiệm lần lượt các cầu dao từ phía đầu nguồn Khi điện được cấp tới phân đoạn

sự cố, do dòng sự cố, máy cắt lại tiếp tục cắt lần nữa Qua đó xác định được phân đoạn

sự cố chính là phân đoạn vừa được đóng thử nghiệm Tiếp đó, DCLTĐ tại phân đoạn này sẽ tự động khoá lại, phân đoạn sự cố được cô lập, quá trình cung cấp điện cho các phân đoạn còn lại được tự động thực hiện sau đó Như vậy, ưu điểm của DCLTĐ làm giảm thời gian tìm kiếm xác định sự cố và thời gian gián đoạn cung cấp điện

Tuy nhiên, do DCLTĐ vẫn phải đóng cắt không tải nên khi chuyển tải, tái cấu trúc lưới để cải thiện các thông số vận hành phải cắt nguồn cấp, gây ra tình trạng mất điện không cần thiết, làm giảm độ tin cậy và ổn định của hệ thống điện Trong lưới điện phân phối trung áp của Việt Nam DCLTĐ chưa được sử dụng rộng rãi

d Dao cách ly (DCL)

Dao cách ly là loại cầu dao không có bộ phận dập hồ quang nên khi đóng hoặc cắt phải đảm bảo cầu dao không có điện hoặc không có dòng điện phụ tải Trên đường dây phân phối lắp đặt DCL, khi xảy ra sự cố máy cắt đầu nguồn sẽ cắt, quá trình cung

cấp điện cho phụ tải bị ngừng Việc xác định điểm sự cố được thực hiện từ cuối đường dây ngược trở về đầu đường dây Trong khoảng thời gian không điện DCL ở phân đoạn cuối cùng của đường dây sẽ được cắt ra, việc thao tác này được thực hiện tại chỗ bằng tay Sau đó máy cắt đầu đường dây được đóng trở lại, nếu sự cố nằm ở phân đoạn cuối đường dây thì máy cắt sẽ không cắt ra nữa vì sự cố đã được loại trừ và các phân đoạn còn lại được khôi phục cung cấp điện Nếu sự cố không nằm ở phân đoạn này thì

ta lại tiếp tục chu trình loại trừ sự cố bằng việc tiếp tục tách phân đoạn (n-1) ra khỏi đường dây, quá trình này được thực hiện cho tới khi tìm được phân đoạn sự cố k Máy cắt đầu đường dây đóng lại để cung cấp điện cho các phân đoạn còn lại

Lưới điện phân phối nước ta hiện nay ngoài một số khu vực nội thành của các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Thành phố Hồ Chí Minh có mật độ phụ tải cao

và có hệ thống lưới phân phối trung áp ngầm Những khu vực ngoại thành và các tỉnh thành phố khác có đặc điểm mật độ phụ tải không cao, địa bàn cung cấp điện trải dài trên một vùng rộng lớn với hệ thống đường dây điện phân phối trung áp trên không vẫn chiếm phần lớn Với những lưới phân phối trên không cấp điện cho một địa bàn rộng, mật độ phụ tải không cao thì DCL vẫn được sử dụng Do nhược điểm là đóng cắt không tải, không điều khiển từ xa được nên khi thao tác phải cắt điện đầu nguồn và phải thao tác DCL tại chỗ Do đó, thời gian thao tác lâu, đặc biệt khi xảy ra sự cố trên đường dây, nếu không phát hiện được bằng mắt thường phải đóng, cắt thử từng DCL

để phân đoạn cách ly điểm sự cố sẽ mất rất nhiều thời gian Đồng thời, do phải đóng, cắt máy cắt nhiều lần sẽ làm giảm tuổi thọ của máy cắt và giảm độ ổn định cung cấp điện Tuy nhiên, vì các lý do kinh tế, tính chất, yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các hộ phụ tải thì DCL vẫn được sử dụng trên lưới, đặc biệt là các vùng ngoại thành, nông thôn

e.Cầu dao phụ tải (CDPT)

Cầu dao phụ tải (CDPT) là thiết bị đóng và cắt được dòng điện phụ tải của lưới điện phân phối phù hợp với dòng định mức của nhà chế tạo Do khả năng đóng, cắt có tải nên khi thao tác không cần phải cắt điện, tránh hiện tượng mất điện không cần thiết của các phụ tải khi đổi nguồn, san tải v.v

Điểm hạn chế của CDPT là không kết hợp được với các thiết bị điều khiển từ

xa, các thiết bị bảo vệ nên thời gian thao tác cô lập sự cố lâu do phải thao tác tại chỗ Tuy nhiên với ưu điểm đóng, cắt có tải, giá thành thấp, trong các trường hợp ngừng điện kế hoạch, CDPT có ưu điểm hơn hẳn so với DCL nên được sử dụng phổ biến trên lưới điện phân phối nước ta

Nhận xét: Trên đây là các thiết bị đóng cắt thường được lắp đặt trên lưới phân

phối với tác dụng dùng để đóng cắt, thao tác vận hành trên lưới điện Ngay nay các thiết bị tự động phát triển, việc thay thế các thiết bị đóng cắt thủ công dần được thay thế bằng các thiết bị tự động, tuy nhiên việc phối hợp giữa chúng vẫn được duy trì để đảm bảo tính vận hành linh hoạt trên lưới điện phân phối

1.2 Tổn thất trên lưới điện phân phối

Theo thống kê của các công ty điện lực trên cả nước, tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối thông thường gấp từ 1,5-2 lần tổn thất trên đường dây truyền tải, lượng điện năng tổn thất tập trung trên hai loại tổn thất đó là tổn thất kỹ thuật và tổn thất

thương mại

Tổn thất kỹ thuật: Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện phân phối chủ yếu trên dây dẫn

và các máy biến áp phân phối Tổn thất kỹ thuật bao gồm tổn thất công suất tác dụng

và tổn thất công suất phản kháng Tổn thất công suất phản kháng do từ thông rò và gây

từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng Tổn thất công suất tác dụng

có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng Thành phần tổn thất điện năng do tổn thất công suất tác dụng được tính toán như sau: ∫ ∆ A = ∆ P( t) dt (1) Trong đó, ∆P(t)

là tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp tại thời điểm t Việc tính toán tổn thất điện năng theo công thức (1) thông thường thực hiện theo phương pháp dòng điện đẳng trị phụ thuộc vào đồ thị phụ tải hoặc theo thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn thất sắt, do dòng điện Foucault trong lõi thép và tổn thất đồng do hiệu ứng Joule trong máy biến áp Các loại tổn thất này có các nguyên nhân chủ yếu như sau:

 Đường dây phân phối quá dài, bán kính cấp điện lớn

 Tiết diện dây dẫn quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo nâng cấp

 Máy biến áp phân phối thường xuyên mang tải nặng hoặc quá tải

 Máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian tổn thất tăng lên

 Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên máy biến áp

 Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các cuộn dây máy biến áp làm tăng tổn thất

 Vận hành với hệ số cosφ thấp do thiếu công suất phản kháng

Tổn thất thương mại: Tổn tổn thất thương mại: là tổn thất trong khâu kinh

doanh điện năng, bao gồm:

 Trộm điện (câu, móc trộm)

 Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện

 Sai sót tính toán tổn thất kỹ thuật

 Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng

Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý hành chính, hệ thống công tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng Tổn thất phi kỹ thuật cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công cụ quản lý của bản thân các Điện lực, trong đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần mềm quản lý

1.3 Các biện pháp giảm tổn thất công suất và bài toán tái cấu trúc

Dựa trên việc tìm hiểu và phân tích các dạng tổn thất trên lưới điện phân phối, ta nhận thấy mục tiêu giảm tổn thất trên lưới điện phân phối chịu tác động của rất nhiều yếu tố và đòi hỏi nhiều biện pháp đồng bộ

Để giảm tổn thất thương mại trên lưới điện phân phối cần có biện pháp quản lý, hành chính, các công cụ phần mềm quản lý khách hàng sử dụng điện, nâng cao nhận thức của người sử dụng điện

Để giảm tổn thất thương mại cần thực hiện song song với các nỗ lực giảm tổn thất

kỹ thuật Có thể liệt kê các biện pháp chính giảm tổn thất kỹ thuật trong lưới điện phân phối như sau:

1 Nâng cao điện áp vận hành của lưới điện

2 Bù kinh tế trong lưới phân phối trung áp bằng tụ điện

3 Tăng tiết diện dây dẫn, giảm bán kính cấp điện

4 Chọn đúng dây dẫn để giảm tổn thất vầng quang

5 Cải tiến cấu trúc và vật liệu để sản xuất các thiết bị điện có tổn thất nhỏ (vật liệu siêu dẫn cách điện có chất lượng cao )

6 Một số các biện pháp kỹ thuật cần thực hiện trong giai đoạn thiết kế-quy hoạch hoặc cải tạo, đầu tư xây dựng công trình

7 Áp dụng lưới điện linh hoạt cho lưới hệ thống và hệ thống phân phối điện có điều khiển tự động cho lưới phân phối trung áp

8 Hạn chế vận hành không đối xứng

9 Tái cấu trúc lưới điện

Trong các biện pháp giảm tổn thất công suất và điện năng ở trên, các biện pháp

từ 1 – 6 đòi hỏi phải có vốn đầu tư, nếu không được tính toán cẩn thận thì sẽ không đem lại hiệu quả kinh tế do lợi ích kinh tế thu được nhờ giảm tổn thất điện năng nhỏ hơn vốn đầu tư ban đầu Vì vậy trước khi thực hiện các biện pháp này phải làm luận chứng kinh tế – kỹ thuật cẩn thận, bảo đảm chắc chắn là có lợi thì mới thực hiện Biện pháp giảm tổn thất 7-8 tuy không đòi hỏi vốn đầu tư, nhưng việc xác định và phân tích các phương án vận hành tìm ra phương án tối ưu rất khó khăn Biện pháp tái cấu trúc lưới điện thông qua việc chuyển tải bằng cách đóng/mở các cặp thiết bị chuyển mạch không những không đòi hỏi vốn đầu tư mà còn giúp giảm tổn thất điện năng đáng kể khi cân bằng tải giữa các tuyến được thiết lập Không chỉ vậy, 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 số khách hàng bị mất điện khi sự cố Tái cấu trúc lưới điện có vị trí rất quan trọng trong quản lý, vận hành lưới điện Bài toán tái cấu trúc được nghiên cứu với nhiều hàm mục tiêu khác nhau, như hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất, hàm mục tiêu đảm bảo yêu cầu kĩ thuật, đảm bảo dòng ngắn mạch…vv Hiện nay bài Bài toán tái cấu trúc lưới điện theo hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất đang được nhiều người tập trung nghiên cứu, tìm ra các phương pháp giải quyết khác nhau cho bài toán tái cấu trúc Và phương pháp nghiên cứu cũng được chia làm nhiều hướng khác nhau,

như các phương pháp cổ điển, sử dụng giải tích, kết hợp với các công thức kinh nghiệm, hay các phương pháp áp dụng trí tuệ nhân tạo, các lí thuyết về thuật toán để giải Trong chương hai tác giả trình bày tóm tắt lại các phương pháp cơ bản và phương pháp áp dụng trí tuệ nhân tạo, thông qua việc tìm hiểu các bài báo, tài liệu đã được công bố

CHƯƠNG 2 BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN MỘT VÀI PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1 Tiếp cận bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

2.1.1 Mô hình bài toán tái cấu trúc lưới điện

2.1.1.1 Ví dụ mô hình lưới điện đơn giản

Một lưới điện phân phối đơn giản gồm có 2 nguồn và nhiều khoá điện Khoá SW1, SW5 và RC3 ở trạng thái mở để đảm bảo lưới điện vận hành hở Các đoạn tải LN2 và LN6 nằm ở cuối lưới của nguồn điện SS2 Để cải thiện chất lượng điện năng ở cuối lưới, bộ tụ bù được lắp giữa LN4 và SW2 và máy biến thế điều áp được lắp giữa LN3

và LN9 Tất nhiên, các thiết bị này đều có thể được vậnhành ở chế độ thông số không đổi trong thời gian vận hành hay thông số thay đổi bằng cách điều khiển từ xa hay tại chỗ

Hình 2.1 Sơ đồ lưới điện đơn giản

Khi vận hành hệ thống điện phân phối như trên (hình 2.1) có thể có tổn thất cao nhưng có thể giảm tổn thất công suất bằng cách chuyển một số tải từ nguồn SS2 sang nguồn SS1, ví dụ: đóng RC3 và mở SW2 để chuyển các đoạn tải LN5 và LN6 từ nguồn SS2 sang SS1 Việc phân tích lựa chọn các phương án thay đổi trạng thái các thiết bị đóng cắt này là nội dung của bài toán tái cấu trúc lưới (điều này đã được chứng minh trong các bài báo liên quan) Trên lưới điện phân phối thực tế có hàng trăm khoá điện, việc tìm ra cách chuyển tải tốt nhất trong tổ hợp các khoá điện khi chuyển tải sẽ

cần một thời gian rất dài và còn phải xem xét đến các điều kiện ràng buộc kỹ thuật Như chúng ta đã biết, trên thực tế thì lưới điện luôn vận hành trong điều kiện tải không đối xứng vì chúng ta có nhiều loại phụ tải và chúng thì được lắp đặt không cân bằng giữa các pha và chúng thì được lắp đặt không cân bằng giữa các pha Vì vậy, việc tìm một giải thuật “Tái cấu trúc lưới phân phối để giảm tổn thất trong điều kiện tải không đối xứng” là hết sức cần thiết và giúp các điều độ viên trong quá trình vận hành lưới điện nhằm giảm chi phí vận hành

2.1.1.2 Mô hình toán học bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

Để giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối, trước tiên phải xây dựng hàm mục tiêu Khi thay đổi tái cấu trúc lưới điện có rất nhiều các hàm mục tiêu khác nhau, như mục tiêu cực tiểu hóa tổn thất công suất trên toàn hệ thống, mục tiêu đảm bảo chất lượng điện áp…

Vấn đề tái cấu trúc hệ thống cũng tương tự nhiều bài toán tối ưu khác, như bài toán tính toán phân bố tối ưu công suất, tính toán tìm vị trí, dung lượng bù tối ưu… Tuy nhiên yêu cầu một khối lượng tính toán của bài toán tái cấu trúc là lớn do có nhiều biến số tác động đến các trạng thái khóa điện và 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 vv và sụt áp tại các hộ tiêu thụ điện nằm trong giới hạn cho phép

Mạng phân phối đặc trưng là mạng vòng nhưng vận hành hở có nghĩa là mạng vận hành phải là mạng hình tia Vấn đề tiếp theo là phải đóng mở các khóa trong mỗi vòng sao cho tổn thất công suất trên mạng phân phối đặc trưng là nhỏ nhất Để làm được điều này ta cần phải có hàm mục tiêu để có thể tìm kiếm cấu trúc cho tổn thất công suất là nhỏ nhất

Về mặt toán học, tái cấu trúc lưới điện là bài toán quy hoạch phi tuyến rời rạc theo dòng công suất chạy trên các nhánh [15] vấn đề này được trình bày như sau: Hàm cực tiểu

j j j j j

1 ( ) / (2.1) => Đạt giá trị Min Thỏa mãn các điều kiện ràng buộc:

SftS

ijmaxΔVijΔVijmaxSijS

n1

SijS

Trong đó:

n : Số nút tải có trên lưới

Sij : Dòng công suất trên nhánh ij

Sj : Nhu cầu công suất điện tại nút j

∆Vij : Sụt áp trên nhánh ij

Sft : Dòng công suất trên đường dây ft

ft : Các đường dây được cung cấp điện từ máy biến áp t

λft : Có giá trị là 1 nếu đường dây ft làm việc, là 0 nếu đường dây ft không làm việc

Hàm mục tiêu (2.1) thể hiện tổng tổn thất công suất trên toàn lưới phân phối, có thể đơn giản hoá hàm mục tiêu bằng cách xét dòng công suất nhánh chỉ có thành phần công suất tải và điện áp các nút tải là hằng số Biểu thức (2.2) đảm bảo cung cấp đủ công suất theo nhu cầu của các phụ tải Biểu thức (2.3) và (2.4) là điều kiện chống quá tải tại trạm trung gian và sụt áp tại nơi tiêu thụ Biểu thức (2.5) đảm bảo rằng các trạm biến thế hoạt động trong giới hạn công suất cho phép Biểu thức (2.6) đảm bảo mạng điện được vận hành với cấu hình tia Với mô tả trên, tái cấu trúc hệ thống lưới điện phân phối là bài toán qui hoạch phi tuyến rời rạc [15, 17, 18, 21] Hàm mục tiêu bị gián đoạn, rất khó để giải bài toán tái cấu trúc bằng phương pháp giải tích toán học truyền thống và điều này còn gặp khó khăn hơn khi giải bài toán ở lưới điện không cân bằng mà trên thực tế thì lưới điện thì là không cân bằng

2.1.2 Các giả thiết trong bài toán tái cấu trúc

a Không xét đến các thiết bị bù phản kháng

(2.2)

(2.3) (2.4) (2.5)

(2.6)

Để giảm tính phức tạp của bài toán, các nghiên cứu trước đây đã xem xét và đề xuất việc không xét đến các thiết bị bù trên lưới khi giải bài toán tái cấu trúc ảnh hưởng như thế nào, các nghiên cứu đã được thể hiện qua các tác giả:

Đề xuất của R.E.Lee và C.L.Brooks [10] khi tiếp cận bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối Nhóm tác giả này thực hiện bài toán tái cấu trúc theo trình tự 6 bước đánh giá lưới điện phân phối được trình bày tại hình 2.2 Trong giải thuật đề xuất này, nhóm tác giả đã không xét đến các thiết bị bù ( thể hiện trong bước 2) để tính tái cấu trúc lưới, sau khi thực hiện bài toán tái cấu trúc xong, bài toán lại quay lại tính toán bù

và vị trí bù mới tương ứng với cấu trúc mới

Hình 2.2 Các bước đánh giá lưới điện phân phối của R.E Lee và C.L Brook

Tác giả Ross Baldick ( năm 1996) [11] đưa ra giải thuật xem xét cùng lúc việc thay đổi cấu trúc lưới điện và điều khiển bù công suất phản kháng trên toàn lưới diện

và có kết luận “ tái cấu trúc lưới điện và điều khiển bù công suất phản kháng có thể tiến hành độc lập”

Tác giả M.H.HaQue trong nghiên cứu của mình [10] sau khi nghiên cứu ảnh hưởng của việc không xét đến các thiết bị bù trong bài toán tái cấu trúc và cũng kết luận được rằng “ Có thể bỏ qua các thiết bị bù công suất phản kháng trên lưới điện khi giải quyết bài toán xác định cấu trúc lưới điện phân phối

Từ việc tìm hiểu các nghiên cứu trước đây, để giảm khối lượng tính toán mà vẫn đảm bảo tính chính xác trong khi giải bài toán tái cấu trúc lưới điện, ta có thể không xét đến các thiết bị bù trên lưới

b Các giả thiết khác

- Các thao tác đóng/cắt để trên lưới không gây mất ổn định của hệ thống điện

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

Khi giải bài toán phân bố công suất trên lưới hình tia, bỏ qua 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

2.1.3 Các mục tiêu khi xét đến bài toán tái cấu trúc lưới điện

Khi xét đến bài toán tái cấu trúc lưới điện, có rất nhiều các mục tiêu tái cấu trúc khác nhau, cụ thể như tái cấu trúc để giảm tổn thất, tái cấu trúc để đảm bảo chất lượng điện áp, tái cấu trúc để giảm dòng ngắn mạch,…Các hàm mục tiêu này đều hướng đến các phương thức vận hành tốt nhất cho lưới phân phối

a Mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng P

Lưới phân phối trung áp có đặc điểm là số lượng phụ tải nhiều, công suất sử dụng khá lớn đặc biệt là tại các khu vực đông dân cư, khu vực nội thành, do đó dòng công suất truyền tải trên đường dây lớn, điện áp sử dụng lại không cao nên dòng điện trên các dây dẫn có giá trị lớn gây ra hiệu ứng toả nhiệt cao, nhiệt độ của dây dẫn trong những lúc cao điểm có thể tăng cao làm tăng tổng trở của dây dẫn, làm tăng tổn thất và giảm khả năng tải của đường dây

Tổn thất công suất do quá tải cục bộ, trào lưu công suất trên đường dây không hợp lý, có đường dây chưa đầy tải, có đường dây lại quá tải Lượng tổn thất công suất

do phân phối trào lưu công suất không hợp lý hàng năm gây ra một lượng tổn thất điện năng đáng kể, làm giảm khả năng tải và chất lượng điện năng của lưới điện phân phối

trung áp Vì thế bài toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong thiết kế và vận hành để giảm tổn thất công suất luôn là bài toán quan trọng được quan tâm

b Mục tiêu giảm tổn thất điện áp U

Trong lưới phân phối trung áp, tổn thất điện áp là một trong những tiêu chí rất quan trọng mà khi thiết kế và vận hành chúng ta phải quan tâm Điện áp không nằm trong giới hạn cho phép có thể gây ra hỏng hóc cho các thiết bị điện, thiếu công suất hoặc làm tăng tổn thất Khi điện áp tăng quá giới hạn cho phép gây lão hoá cách điện của các thiết bị nhanh chóng hơn và có thể gây hỏng cách điện, chạm chập Điện áp thấp làm cho các thiết bị làm việc bị quá nhiệt, các động cơ không khởi động được Đặc biệt ở các phụ tải ngoại thành khoảng cách giữa các phụ tải xa nhau nên tổn thất điện áp trên đường dây là rất lớn do đó tổn thất điện áp là một tiêu chí rất được quan tâm

Tổn thất điện áp được tính theo công thức:

 %    100

dm

dm U

U U

Trong đó U- và U+ là giới hạn trên và giới hạn dưới cho phép của điện áp

Có rất nhiều tiêu chuẩn khác nhau quy định về tổn thất điện áp, thông thường lưới phân phối người ta lấy U lamviec cp   6 % và U suco cp   15 %

Bài toán chọn điểm mở mạch vòng theo tiêu chí U nhằm đảm bảo tổn thất điện

áp trên lưới bé nhất ở chế độ bình thường và ở chế độ sự cố không được vượt quá giá trị cho phép Sau đó mới xét đến các tiêu chí khác như giảm tổn thất P, giảm tổn thất

điện năng A v.v Đây cũng là một mục tiêu để nghiên cứu trong bài toán tái cấu trúc lưới điện

c Mục tiêu hạn chế ảnh hưởng của dòng ngắn mạch I N.

Ngắn mạch xảy ra trong lưới điện phân phối là dạng ngắn mạch xa nguồn, khi xảy ra ngắn mạch tại một vị trí bất kì trong mạng điện, mạng điện vận hành kín có dòng ngắn mạch lớn hơn mạch điện kín vận hành hở do dòng ngắn mạch trong mạng

điện kín đi từ hai phía đến, vì thế khi vận hành mạng điện kín, các thiết bị làm việc phải có khả năng chịu được dòng cao hơn so với mạng điện hình tia Cùng một cấp điện áp, nhưng trong mạch vòng giá trị đầu tư vào các thiết bị chịu được dòng ngắn mạch lớn như yêu cầu khi vận hành mạch vòng kín cao hơn so với đầu tư vào các thiết

bị tương đương trong lưới phân phối hở Vì thế đây cũng là một lý do mà lưới phân phối thường được vận hành hở để giảm chi phí đầu tư xây dựng, nâng cao hiệu quả kinh tế Dòng ngắn mạch nhỏ thì dẫn đến chọn thiết bị có dòng cắt nhỏ hơn, tiết kiệm hơn

d Mục tiêu thay đổi sơ đồ bảo vệ của một số lưới phân phối trung áp

Việc nghiên cứu tái cấu trúc, tìm ra phương thức vận hành tối ưu, cũng giúp cho việc lắp đặt các thiết bị bảo vệ, phối hợp một cách hiệu quả, tận dụng tối đa các chức năng trong các thiết bị bảo vệ trên lưới phân phối

I I0

0

I I

Trong các hàm mục tiêu của bài toán tái cấu trúc thì bài toán tái cấu trúc với mục tiêu giảm P được đề cập và nghiên cứu nhiều Trong luận văn này, tác giả tập trung tìm hiểu và đề xuất phương pháp tái cấu trúc nhằm giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối bằng cách sử dụng thuật toán ABC

2.2 Một số tổng hợp phương pháp nghiên cứu bài toán tái cấu trúc lưới điện 2.2.1 Các phương pháp cơ bản

Hầu hết các nghiên cứu về bài toán mở mạch vòng lựa chọn điểm phân đoạn hợp

lý đều sử dụng một trong hai phương pháp là kỹ thuật đổi nhánh - branch exchange method hoặc phương pháp mở lần lượt các thiết bị đóng cắt phân đoạn - sequential switch opening method Phương pháp giải quyết vấn đề bằng cách đánh giá thử nghiệm và kinh nghiệm được áp dụng phần lớn vào các trường hợp để giảm số lần thay đổi trạng thái của thiết bị phân đoạn Thậm chí là các công thức tính toán xấp xỉ tổn thất, tuyến tính hoá, các phương pháp đơn giản đã được thử nghiệm khác cũng

được sử dụng, điển hình là các áp dụng để tránh sự lặp đi lặp lại, sự không hội tụ trong bài toán tính toán dòng công suất trong lưới

2.2.1.1 Giải thuật của Merlin và Back, kỹ thuật vòng kín [17]

Giải thuật của Merlin và Back khá đơn giản: “Đóng tất cả các khóa điện lại tạo thành 1 vòng 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 trở thành dạnh 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 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 trạng thái vận hành hở Các giải thuật tìm kiếm nhánh và biên ứng dụng

kĩ thuật heuristic này mất nhiều thời gian do có khả năng sẽ xảy ra đến 2ncấu trúc nếu

có n đường dây được trang bị khóa điện Hình 2.5 thể hiện giải thuật của Merlin và Back, đã được Shirmohammadi bổ sung

Hình 2.5 Giải thuật của Merlin và Back

Giải thuật này chỉ khác so với các giải thuật nguyên thủy của Merlin và Back ở chỗ có xét đến điện thế ở trạm trung gian và yếu tố liên quan đến dòng điện

Giải thuật của Merlin và Back được Shirmohammad chỉnh sửa Shirmohammadi [23] 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 thay đổi cấu trúc 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 bộc lộ nhiều nhược điểm như:

- Mặc dù đã áp dụng các kỹ thuật tìm kiếm kinh nghiệm, giải thuật này vẫn cần quá nhiều thời gian để tìm cấu trúc giảm tổn thất công suất

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

- Tổn thất công suất của máy biến áp chưa được xét đến trong giải thuật

2.2.1.2 Giải thuật của Civanlar, áp dụng kỹ thuật đổi nhánh [22]

Phương pháp kỹ thuật đổi nhánh - Branch exchange methods được bắt đầu với giả thiết là: Lưới phân phối vận hành với cấu trúc hình tia, một khoá điện đóng lại và đồng thời một khoá điện khác trong mạch vòng mở ra đảm bảo cấu trúc hình tia của lưới điện Cặp khoá điện được chọn nhờ kinh nghiệm và các công thức xấp xỉ để đánh giá sự thay đổi của tổn thất trong mỗi lần thay đổi trạng thái đóng/cắt của cặp khoá Phương pháp thay đổi nhánh sẽ dừng lại khi không thể giảm được tổn thất nữa

Phương pháp này yêu cầu sự phân tích đánh giá dòng công suất trên toàn bộ hệ thống tại thời điểm tính toán Sự thay đổi tổn thất công suất nhờ thay đổi trạng thái đóng/cắt của cặp khoá điện được tính toán qua công thức:

2

* ) (

2 Re )

i

N M

I t

Trong đó:

D: là 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 trở các điện trở trên vòng kín khi đóng khóa điện đang mở

Biểu thức (2.8) 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 tra

ở lưới điện lớn

Khác với giải thuật khác giải thuật của Civanlar dựa trên kinh nghiệm (heuristic) để tái cấu trúc lưới điện phân phối, lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày tại hình vẽ 2.6

Giải thuật của Civanlar được đánh giá cao nhờ:

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

o 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 khoa đang mở

o 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

Hình 2.6 Sơ đồ giải thuật Civanlar và các cộng sự

Giải thuật Civanlar được đánh giá cao nhờ các ưu điểm:

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

bằng cách giảm số liên kết đóng cắt nhờ các quy tắc_luật Heuristic và sử dụng

các 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, chức 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

2.2.1.3 Giải thuật của Bran và Wu cải tiến phương pháp của Civanlar [2]

Tiếp theo các giải thuật của Civanlar, nhiều giải thuật khác đã được đề xuất theo

hướng chỉ dựa trên kỹ thuật kinh nghiệm (heuristics) Các giải thuật sau này tập trung

theo hướng tìm ra các giải pháp và công thức tinh tế hơn để giải bài toán giảm tổn thất Bran và Wu cố gắng cải tiến giải thuật của Civanlar bằng cách giới thiệu hai phép

tính gần đúng cho dòng công suất và sụt áp trong quá trình chuyển tải Công suất tính

toán trên nhánh theo Bran và Wu chỉ gồm thành phần công suất phụ tải, bỏ qua thành

phần tổn thất của các nhánh trước đó Thông qua việc sử dụng phương pháp này, các

khó khăn liên quan đến quá tải đường dây và sụt áp được xác định ngay trong giải

thuật chứ không phải sau khi kết thúc bài toán Baran còn cố gắng vượt qua nhược

điểm lớn trong kỹ thuật “đổi nhánh” là dễ bị rơi vào cực tiểu địa phương bằng cách chỉ

ra các trình tự đóng/mở khoá điện Tuy nhiên, giải thuật của Baran và Wu dễ bị rơi vào

các cực tiểu địa phương vì trình tự thay đổi nhánh có tính chất tổ hợp Điều này được

kiểm chứng qua các giải thuật của Goswaini, Liu [8] trên chính lưới điện ví dụ của

Bran và Wu

Ngoài ra Castro và Watanabe mở rộng nghiên cứu của Civanlar [22] theo hướng

tăng cường khả năng tìm kiếm Một trong những điểm yếu cố hữu trong giải thuật của

Civanlar là chỉ xem xét một cặp khoá đóng mở tại một thời điểm, điều này tuy giảm

thời gian xử lý nhưng làm cho kết quả bị rơi vào cực tiểu địa phương Đề xuất của

Castro và Watanabe đã nâng cao khả năng tìm ra cấu trúc có cực tiểu toàn cục Nhược điểm là tính tối ưu toàn cục chưa được bảo đảm cũng như tính khả thi của giải thuật cho các hệ thống phân phối lớn cũng chưa được chứng minh

2.2.2 Tổng hợp các phương pháp tiên tiến mới áp dụng trí tuệ nhân tạo:

Trong ngành khoa học máy tính, tìm kiếm lời giải tối ưu cho các bài toán là vấn đề được các nhà khoa học máy tính đặc biệt rất quan tâm Mục đích chính của các thuật toán tìm kiếm lời giải, là tìm ra lời giải tối ưu cho bài toán trong thời gian nhỏ nhất Các thuật toán như tìm kiếm không có thông tin/vét cạn ( tìm kiếm trên danh sách, trên cây nhị phân hoặc đồ thị ) sử dụng phương pháp đơn giản nhất và trực quan nhất Các thuật toán tìm kiếm có thông tin sử dụng “heurictics” để áp dụng các tri thức về cấu trúc của không gian tìm kiếm, nhằm giảm thời gian cần thiết cho việc tìm kiếm Được

sử dụng nhiều nhưng chỉ với không gian tìm kiếm nhỏ và không hiệu quả khi tìm kiếm trong không gian tìm kiếm lớn Tuy nhiên, trong thực tiễn có rất nhiều bài toán tối ưu với không gian tìm kiếm rất lớn cần phải giải quyết Vì vậy, việc đòi hỏi thuật giải chất lượng cao và sử dụng kỹ thuật trí tuệ nhân tạo đặc biệt rất cần thiết khi giải quyết các bài toán có không gian tìm kiếm lớn Dưới đây đề tài có tìm hiểu và trình bày tóm tắt một số thuật toán sử dụng các giải thuật tối ưu áp dụng trí tuệ nhân tạo để giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện:

2.2.2.1 Phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối sử dụng giải thuật di truyền (GA) [26]

Thuật giải di truyền (Genetic Algorithm) là một trong những kỹ thuật tìm kiếm lời giải tối ưu đã đáp ứng được yêu cầu của nhiều bài toán và ứng dụng Hiện nay, thuật toán di truyền cùng với logic mờ được ứng dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực phức tạp Thuật toán di truyền kết hợp với logic mờ chứng tỏ được hiệu quả của nó trong các vấn đề khó có thể giải quyết bằng các phương pháp thông thường hay các phương pháp cổ điển, nhất là trong các bài toán cần có sự lượng giá, đánh giá sự tối ưu của kết quả thu được Chính vì vậy, thuật giải di truyền đã trở thành đề tài nghiên cứu thú vị và đem đến nhiều ứng dụng trong thực tiễn [26]

Ý 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 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…[7]

Nhóm tác giả SDai-Seub Choi; Chang-Suk Kim; Hasegawa, J.; [28] 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 Từ ý tưởng và đặc điểm của giải thuật di truyền, 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 đó được tạo 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 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 (2.9) Trong đó Bnp: chuỗi nhị phân tạo ra ngẫu nhiên

Bnp’: chuỗi nhị phân tạo ra do đột biến

S  (-1, 1 ) cùng với xác suất GGAP đột biến, k là giá tri ngẫu nhiên  (1, PRECI) ;

delta = j

n

j j a

2

1

* 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

- Bước 7: Nếu thời gian cho phép chấm dứt thì dừng chương trình tìm kiếm và báo cáo kết quả tính được

Việc áp dụng giải thuật GA được kiểm tra áp dụng trên các bài toán mẫu và cho kết quả chính xác và thời gian tìm kiếm không gian nghiệm nhanh

2.2.2.2 Phương pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối sử dụng giải thuật Ant colony system (ACS) [6]

Ý tưởng của giải thuật ACS [26] là dựa trên hành vi tìm đường đi ngắn nhất từ tổ tới các nguồn thức ăn sao cho đường đi ngắn nhất, dựa vào việc trao đổi thông tin giữa các con kiến với nhau và chúng phát hiện ra các nguồn khả quan nhất trong số các nguồn thức ăn có xung quanh tổ 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 một 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 (Hình 2.7)