Mở rộng lưới truyền tải bằng giải thuật meta heuristic

Mở rộng lưới truyền tải bằng giải thuật meta heuristic Mở rộng lưới truyền tải bằng giải thuật meta heuristic Mở rộng lưới truyền tải bằng giải thuật meta heuristic Mở rộng lưới truyền tải bằng giải thuật meta heuristic

MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH CÁ NHÂN i LỜI CAM ĐOAN .ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xi Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết luận văn: 1.2 Tổng quan cơng trình nghiên cứu: 1.2.1 Tổng quan phương pháp quy hoạch nguồn: 1.2.2 Tổng quan phương pháp dùng thiết bị Facts: 1.2.3 Tổng quan phương pháp thêm đường dây mới: 1.2.4 Tổng quan phương pháp quy hoạch nguồn kết hợp lắp đặt thêm đường dây mới: 1.3 Mục tiêu luận văn: 1.4 Nhiệm vụ luận văn: 1.5 Phạm vi luận văn: 1.6 Phương pháp nghiên cứu: 1.7 Kết quả: 10 1.8 Nội dung luận văn: 10 Chương 2: TỔNG QUAN 11 2.1 Tổng quan mơ hình hóa hệ thống Truyền tải điện: 11 2.1.1 Mơ hình tải: 11 vi 2.1.2 Mơ hình nguồn phát điện: 12 2.1.3 Mơ hình đường dây: 13 2.1.4 Mơ hình máy biến áp: 15 2.1.5 Mơ hình tụ bù dọc: 15 2.1.6 Mơ hình tốn: 15 2.2 Thuật tốn tối ưu hóa bầy đàn PSO: 16 2.2.1 Giới thiệu thuật tốn tối ưu hóa bầy đàn: 16 2.2.2 Lịch sử phát triển giải thuật tối ưu hóa bầy đàn: 16 2.2.3 Khái quát hóa giải thuật tối ưu hóa bầy đàn: 17 2.2.4 Các khái niệm giải thuật PSO: 19 2.2.5 Các bước việc xây dựng giải thuật PSO: 20 2.2.6 Lưu đồ giải thuật PSO: 20 2.2.7 Những vấn đề cần quan tâm xây dựng giải thuật PSO: 21 2.2.8 Đặc điểm ứng dụng giải thuật PSO: 24 2.3 Các phương pháp áp dụng: 24 2.3.1 Phương pháp ACO: 25 2.3.2 Phương pháp SA: 25 2.3.3 Phương pháp tìm kiếm Tabu: 26 2.3.4 Phương pháp DE: 27 2.3.5 Phương pháp GA: 27 2.3.6 Phương pháp Keruel- Oriented: 28 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN 29 3.1 Các đại lượng mô tả hệ thống: 29 3.1.1 Các loại nút hệ thống điện: 29 3.1.2 Ma trận tổng dẫn nút Ybus ma trận tổng trở nút Zbus: 29 3.2 Phương trình tốn thành phần hệ thống điện: 30 3.2.1 Phương trình dịng cơng suất: 30 3.2.2 Phương trình cơng suất đường dây tổn thất: 30 vii 3.3 Mơ tả tốn cực tiểu chi phí vận hành chi phí mở rộng lưới giải thuật PSO: 31 3.3.1 Mô tả toán với giải thuật PSO: 31 3.3.2 Hàm mục tiêu: 35 3.4 Ràng buộc: 38 3.4.1 Phương trình dịng tải: 38 3.4.2 Giới hạn truyền tải: 39 3.4.3 Giới hạn phân bố công suất truyền tải: 39 3.4.4 Ràng buộc điện áp: 40 3.4.5 Ràng buộc công suất: 40 3.5 Lưu đồ thuật toán: 41 3.6 Mô hình hệ thống thử nghiệm: 41 Chương 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 50 4.1 Kết phân bố công suất cho lưới điện có: 50 4.1.1 Kết phân bố công suất 100% tải: 50 4.1.2 Kết phân bố công suất 120% tải: 53 4.2 Thực thi chương trình mở rộng phụ tải: 55 4.3 Kết phân bố công suất cho lưới điện sau mở rộng: 59 4.3.1 Kết phân bố công suất 110% tải 59 4.3.2 Kết phân bố công suất 120% tải: 61 4.3.3 Kết phân bố công suất 130% tải: 62 4.3.4 Kết phân bố công suất 140% tải: 63 4.3.5 Kết phân bố công suất 145% tải: 64 Chương 5: KẾT LUẬN 65 5.1 Nhận xét: 65 5.2 Các vấn đề thực luận văn: 65 5.3 Các vấn đề chưa thực được: 67 5.4 Các kiến nghị hướng phát triển đề tài: 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Viết tắt TEP Transmission Expansion Planning TNEP Transmission Network Expansion Planning PGPSO Pseudo-Gradient Particle Swarm Optimization GA Genetic Algorithm TS Tabu Search OPF Optimal Power Flow APC All Possible Candidates AFC All Feasible Candidates AGC All Good Candidates FACTS Flexible Alternating Current Transmission System DE Differential Evolutions ACO Ant Colony Optimization SA Simulated Annealing LSM Least Square Monte Carlo GEP Generation Expansion Planning ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Hệ thống điện Hình 1.2: Trạm biến áp 500kV Hình 1.3: Đường dây 500kV Hình 1.4: Nhà máy nhiệt điện Hình 1.5: Tụ bù dọc đường dây 500kV Hình 1.6: Đường dây 500kV Hình 2.1: Mơ hình đương dây thơng số tập trung 14 Hình 2.2: Mơ hình đường dây thông số rải 14 Hình 2.3: Khái niệm thay đổi diểm tìm kiếm PSO 18 Hình 2.4: Lưu đồ chung cho giải thuật PSO 21 Hình 2.5: Chuyển động cá thể 23 Hình 1: Mơ hình khảo sát nút hệ thống 30 Hình 2: Mơ hình đường dây truyền tải để tính phân bố cơng suất 31 Hình 3: Mã hóa đường dây 32 Hình 4: Hệ thống thử nghiệm Garver nút 33 Hình 5: Các đường dây ứng viên đưa vào hệ thống 34 Hình 6: Sơ đồ lưới điện sau mở rộng 35 Hình 7: Lưu đồ thuật tốn giải thuật PSO 41 Hình 8: Sơ đồ hệ thống IEEE 30 nút 49 Hình 1: Đồ thị phân bố điện áp 100% tải lưới điện 51 Hình 2: Đồ thị phân bố cơng suất 100% tải lưới điện 52 Hình 3: Biểu đồ phân bố điện áp 120% tải 53 Hình 4: Biểu đồ phân bố cơng suất 120% tải 54 Hình 5: Sơ đồ hệ thống điện sau mở rộng 56 Hình 6: Đồ thị tăng tải 10 năm 58 Hình 7: Trình tự xây dựng đường dây 10 năm 59 x Hình 8: Phân bố cơng suất nhánh 110% tải 60 Hình 9: Phân bố cơng suất nhánh 120% tải 61 Hình 10: Phân bố công suất nhánh 130% tải 62 Hình 11: Phân bố công suất nhánh 140% tải 63 Hình 12: Phân bố công suất nhánh 145% tải 64 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1: Kết mã hóa để chọn đường dây thêm vào hệ thống 34 Bảng 2: Thông số nút hệ thống IEEE 30 nút 42 Bảng 3: Thông số nhánh hệ thống IEEE 30 nút 43 Bảng 4: Thông số nhánh thêm vào hệ thống IEEE 30 nút 44 Bảng 5: Chi phí đường dây hữu ứng viên 45 Bảng 1: Kết phân bố điện áp 100% tải lưới điện 51 Bảng 2: Kết phân bố công suất 100% tải lưới điện 52 Bảng 3: Phân bố điện áp nút 120% tải 53 Bảng 4: Phân bố công suất đường dây 120% tải 54 Bảng 5: Các đường dây thêm vào hệ thống điện 55 Bảng 6: Cấu trúc đường dây hệ thống điện 57 xii Chương GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của luận văn: Nhu cầu lượng ngày tăng đặt sức ép lên hệ thống điện, việc phát triển ngành điện phải gắn liền với chiến lược phát triển kinh tế - xã hội phải đảm bảo cung cấp điện cho kinh tế quốc dân đời sống xã hội với chất lượng điện ngày cao, đồng thời phải sử dụng có hiệu nguồn tài nguyên lượng, đa dạng hóa nguồn lượng sơ cấp cho sản xuất điện, bảo tồn nhiên liệu đảm bảo an ninh lượng cho tương lai Hiện vấn đề nguồn sản xuất điện thường xa khu tiêu thụ, cần phải truyền tải điện từ nơi nơi khác Trong trình vận hành phát triển lưới điện gặp nhiều khó khăn phải đảm bảo tính cung cấp điện liên tục, đảm bảo hệ thống hoạt động tốt nên phải thường xuyên theo dõi, kiểm tra sửa chữa lưới truyền tải Hình 1.1: Hệ thống điện Tương xứng với nhu cầu tiêu thụ điện ngày tăng, thị trường điện đời mang lại nhiều phúc lợi xã hội Tuy nhiên, nghẽn mạch hệ thống điện xảy thường xuyên Vì vậy, việc cấp thiết đặt ngành điện phải đầu tư mở rộng hệ thống truyền tải nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp đầy đủ điện đến tâm phụ tải Việc mở rộng nên thực cách kịp thời đáp ứng tiêu chí như: tối ưu hóa kỹ thuật, kinh tế vận hành đáp ứng độ tin cậy Trong hệ thống điện việc cải tạo nâng công suất hệ thống nhu cầu luôn phải thường xuyên thực để theo kịp với phát triển phụ tải Trong lưới điện truyền tải đường dây phải thay đổi phương thức vận hành tải thường xuyên xảy ra, để xảy tải lâu dài dẫn đến tụt lèo, tụt mối nối, phát nhiệt, tăng độ võng gây đe dọa cố cho hệ thống Mạng lưới điện truyền tải đóng góp vai trị quan trọng việc truyền tải công suất cung cấp tới tất thành phần liên quan thị trường để cung cấp phân phối nguồn điện Hình 1.2: Trạm biến áp 500kV Hình 1.3: Đường dây 500kV Để giải toán quy hoạch mở rộng lưới, có phương pháp bao gồm: đặt thêm nhà máy phát điện, sử dụng thiết bị Facts kéo thêm đường dây Ưu nhược điểm phương pháp phân tích đây: Phương pháp đặt thêm nhà máy phát điện: có ưu điểm cung cấp công suất với tổn thất thấp Nhưng nhược điểm khơng phải lúc đặt nhà máy phát điện, mà phải phụ thuộc vào yếu tố vị trí đía lí, môi trường, nguồn nguyên liệu, tâm phụ tải, bên cạnh chi phí lắp đặt nhà máy phát điện tốn kém, cần phải cân nhắc trình đầu tư Phương pháp sử dụng thiết bị Facts: có ưu điểm chống nghẽn mạch, nâng cao độ ổn định hệ thống điện Nhưng phụ tải tăng lớn khơng thể giải phương pháp thiết bị Facts, thân khơng làm tăng khả truyền tải đường dây Phương pháp kéo thêm đường dây mới: có ưu điểm tăng cơng suất truyền tải dài hạn, chi phí để xây dựng tốn 4.3.3 Kết phân bố công suất 130% tải: Tiếp tục tăng tải lên 30% thêm tiếp đường dây thứ 04 vào hệ thống với chi phí thấp mà hệ thống khơng bị q tải nhánh số 1-4 Kết thể qua hình 4.10 Hình 4.10: Phân bố cơng suất nhánh 130% tải 62 4.3.4 Kết phân bố công suất 140% tải: Tiếp tục tăng tải lên 40% thêm tiếp đường dây thứ 05 06 vào hệ thống với chi phí thấp mà hệ thống không bị tải nhánh số 2-4 25-30 Kết thể qua hình 4.11 Hình 4.11: Phân bố công suất nhánh 140% tải 63 4.3.5 Kết phân bố công suất 145% tải: Tiếp tục tăng tải lên 45% thêm tiếp đường dây thứ 07 đường dây sau 07 đường dây chọn để thêm vào hệ thống nhánh số 9-22 Kết thể qua hình 4.12 Hình 4.12: Phân bố cơng suất nhánh 145% tải 64 4.4 So sánh kết với phương pháp khác: Chạy thử nghiệm lưới điện 24 nút IEEE so sánh kết sau: Hình 4.13 Mơ lưới điện 24 bus IEEE 65 Bảng 4.3: Chi phí đầu tư xây dựng đường dây tăng tải lên 30% Nhánh cần xây dựng Phương pháp thực Chi phí đầu tư (104US$) 3-24, 6-10, 7-8, 10-12, 11-13 Min-cut Max-flow 189 3-24, 10-11, 14-16, 15-24, PSO 169 16-17 6-10 (2 đường dây), 7-8, 1012 GA 158 Chương KẾT LUẬN 5.1 Nhận xét: Qua kết mô hệ thống 30 nút trước sau mở rộng phần trên, có số nhận xét rút sau: Khi chưa mở rộng lưới hệ thống có tượng giảm điện áp 100% tải nút số 0.94 pu nhánh 6-8 tải 106,09% công suất định mức Sau thực kéo thêm 07 đường dây để mở rộng lưới phụ 145% thời gian dự báo 10 năm tải nhánh 4-6 tải 106% cơng suất định mức Vì phụ tải tăng dần theo thời gian nên để giảm chi phí đầu tư thời gian thực việc mở rộng lưới, chương trình ta tính tốn để đưa phương án xây dựng đường dây (trong số 07 đường dây chon) vào hệ thống 30 nút cách xây dựng biểu đồ tăng tải theo thời gian trình tự xây dựng đường dây theo năm, để xác định đường dây ưu tiên đưa vào hệ thống cho chi phí thấp mà hệ thống khơng bị q tải Hệ thống sau mở rộng lưới phương pháp thêm đường dây có hiệu rõ rệt chống tình trạng nghẽn mạch xảy cho lưới điện tương lai có gia tăng phụ tải 66 Khi mở rộng lưới phương pháp thêm đường dây mới, công suất truyền tải tăng lên cao toàn lưới với việc cơng suất phụ tải vận hành tốt công suất phụ tải tăng 45% 5.2 Các vấn đề thực luận văn: Tìm hiểu tốn phân bố cơng suất ứng dụng phương pháp vào giải toán phân bố công suất cụ thể Đây công cụ chủ yếu để kiểm chứng điều kiện vận hành hệ thống điện Việc sử dụng công cụ mô cách tốn hóa tất yếu khơng thể thực đánh giá lưới điện thực tế tốn kém, thời gian lâu khơng cho phép quan có thẩm quyền lưới điện vận hành thử nghiệm mở rộng lưới Biết mơ hình hóa hệ thống lưới điện để phục vụ cho việc mô vận hành hệ thống điện, vấn đề quan trong việc giải toán tối ưu chọn sai mơ hình hệ thống điện dẫn đến việc mơ khơng xác khơng thể tìm kết tốn Các vấn đề liên quan đến tối ưu phân bố công suất lưới điện truyền tải, sử dụng công cụ mô hệ thống điện Matlab PowerWorld công cụ mạnh mẽ mô hệ thống điện sử dụng phục vụ toán tối ưu vị trí đường dây truyền tải nhằm nâng cao ổn đinh điện áp chống nghẽn mạch hệ thống điện, giúp giải tốn tìm vị trí số lượng đường dây cần thêm vào hệ thống với chi phí đầu tư vận hành thấp mà hệ thống khơng bị nghẽn mạch Tìm hiểu áp dụng thành công giải thuật Meta-Heuristic phương pháp PSO tốn tối ưu vị trí đường dây truyền tải nhằm nâng cao hiệu vận hành ổn định hệ thống điện với chi phí đầu tư thấp Thực thi chương trình mở rộng lưới điện với phương pháp PSO toán tối ưu vị trí đường dây truyền tải phần mềm Matlab mô PowerWorld Thực viết code chương trình xây dựng lưu đồ giải thuật phải cố gắng nhiều thời gian để hồn thành với mục tiêu áp dụng cấu trúc lưới điện khác 67 nằm nâng cao hiêu hoạt động chương trình Chương trình sau hồn thành dùng nhiều cấu hình khác với tảng có sẳn Thử nghiệm mô mở rộng thành công hệ thống truyền tải 30 nút IEEE, cho hệ thống điện hoàn chỉnh sau mở rộng đảm bảo ràng buộc toán để hệ thống đảm bảo cung cấp điện tin cậy, an tồn, ổn định liên tục Từ áp dụng mơ hình thực tế bị nghẽn mạch cần mở rộng lưới có nhiều lưới điện ln tình trạng đầy q tải phụ tải liên tục tăng cao 5.3 Các vấn đề chưa thực được: Vì thời gian thực luận văn có hạn nên ngồi kết bên cạnh cịn số vấn đề chưa thực như: Chưa kết hợp nhiều phương pháp khác để nâng cao hiệu thực mở rộng lưới điện Truyền tải việc thêm đường dây xét đến phương án thay dây siêu nhiệt, dùng thêm thiết bị FACT….Thì chi phí đầu tư thấp thời gian thực mở rộng nhanh 5.4 Các kiến nghị hướng phát triển của đề tài: Để đề tài nghiên cứu tiếp tục phát triển xa cần thực thêm số kiến nghị sau: Tìm hiểu thiết bị FACT để kết hợp áp dụng với phương pháp kéo thêm đường dây vào toán mở rộng lưới điện Truyền tải Kết hợp nghiên cứu xây dựng thêm nhà máy sử dụng lượng tái tạo để bổ sung nguồn số vị trí hệ thống để chống nghẽn mạch thực mở rộng lưới điện Tìm hiểu số liệu thực tế Công ty Truyền tải điện để nâng cao hiệu nghiên cứu từ tìm giải pháp chống nghẽn mạch lưới điện Truyền tải thực tế vận hành nhằm đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, tin cậy, ổn định liên tục 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S a farghal, M roehdy abdel aziz Generation expansion planning including the renewable energy sources IEEE transactions on power systems Vol 3, no 3, august 1988 [2] Adelino J.C Pereira a, João Tomé Saraiva b,* Generation expansion planning (GEP) e A long-term approach using system dynamics and genetic algorithms (GAs) Energy 36 (2011) 5180-5199 [3] S Kannan, S Mary Raja Slochanal, and Narayana Prasad Padhy Application and Comparison of Metaheuristic Techniques to Generation Expansion Planning Problem IEEE transactions on power systems VOL 20, NO 1, FEBRUARY 2005 [4] Hooshmand R-A, Banejad M, Isazadeh G Management of power flow of transmission lines indisturbed condition susing UPFC In: Australian Universities Power Engineering Conference Australia; p.33–41, 2007 [5] H.Yazdanpanahi G.B.Gharehpetian Application of FACTS Devices in Transmission Expansion Planning to Overcome Problems of Projects Delays [6] Betelehem T Tessema Strategies for Electrical Network Expansion Master Thesis Electrical Power Engineering August 30, 2011 [7] Mitra Mirhosseini and Aliakbar Gharaveisi Transmission Network Expansion Planning with a Heuristic Approach International Journal of Electronics Engineering (2), 2010, pp 235 – 237 [8] Manuel Costeira da Rocha #1, João Tomé Saraiva #2, # DEEC – FEUP, Universidade Porto Rua Dr Roberto Frias, sn, 4200-465 Porto Portugal Multiyear Transmission Expansion Planning using Discrete Evolutionary Particle Swarm Optimization International Conference on the European Energy Market (EEM) 25-27 May 2011 [9] Lưu Hữu Vinh Quang Áp dụng phương pháp đơn hình quy hoạch phát triển hệ thống điện Tạp chí phát triển KH&CN Tập 10, Số 03-2007 69 [10] Macheso Martin Simiyu State-of-the-art of transmission expansion planning: Comprehensive review Renewable and Sustainable Energy Reviews, no 23, pp 312319, 2013 [11] Kennedy, J., & Eberhart, R C A discrete binary version of the particle swarm algorithm In Systems, Man, and Cybernetics, 1997 [12] C Darwin On the Origin of Species by Means of Natural Selection or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life London: John Murray 1st edition Retrieved on 2006-12-31, 1859 [13] A J Wood and B F Wollenberg Power generation, operation, and control 2nd ed, New York: Jhon Wiley and Sons, Inc, 1996 [14] J H Holland Adaptation in Natural and Artificial Systems University of Michigan 1975 [15] S Kirkpatrick; C D Gelatt; M P Vecchi Science, New Series, Vol 220, No 4598 (May 13, 1983), pp 671-680 70 MỞ RỘNG LƯỚI TRUYỀN TẢI BẰNG GIẢI THUẬT META-HEURISTIC EXTEND THE TRANSMISSION GRID USING THE META-HEURISTIC ALGORITHMTính1, Võ Ngọc Điều2, Quyền Huy An Ngơ Hiếu Tồn Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải phần quan trọng quy hoạch mở rộng hệ thống điện Mục tiêu quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải xác định nơi cần quy hoạch mở rộng, công suất cần phải mở rộng, xác định tổng chi phí quy hoạch, độ tin cậy hệ thống phải cải thiện…Quy hoạch mở rộng mạng lưới truyền tải tốn tối ưu hóa phi tuyến phức tạp, tập trung vào việc tìm cấu trúc tối ưu để hệ thống điện vận hành ổn định với chi phí đầu tư thấp hệ thống điện Trong luận văn này, việc mở rộng lưới thực cách xem xét thêm hay vài đường dây để loại bỏ nghẽn mạch đường dây truyền tải Đã có nhiều cơng bố vấn đề đưa năm gần đây, nhiều phương pháp áp dụng phương pháp GA kinh điển, phương pháp Heuristic tiến , Heuristic lùi, PSO kinh điển … Các phương pháp cho kết khả quan áp dụng vào toán chống nghẽn mạch lưới truyền tải Tuy nhiên, vấn đề quan trọng vận hành tối ưu hệ thống, nên cần thêm phương pháp tối ưu khác để làm tham chiếu đánh giá lựa chọn phương án hợp lý cho dự án lớn với chi phí cao xây dựng đường dây truyền tải điện Bài báo dùng giải thuật Meta-Heuristic với phương pháp PSO đề xuất áp dụng toán Để đánh giá kết đạt được, hệ thống điện IEEE 30 nút dùng để mô ghi nhận kết phần mềm Matlab PowerWorld Qua kết thu nhận chứng minh phương pháp đề xuất có tính khả thi cao áp dụng vào toán tối ưu chi phí mở rộng lưới điện hệ thống điện mơ Từ khóa: Quy hoạch mở rộng truyền tải điện; phương pháp tối ưu hóa; độ tin cậy hệ thống ABSTRACT Transmission expansion planning (TEP) is a very important part of power system expansion planning The main TEP decided the local to be planed and expanded, the expanded power, investment cost, the reliability index to be improved…Transmission network expansion planning (TNEP) is an extremely complex nonlinear optimization problem Its main focus is to find the optimal structure for the stable operation of the system with the minimum cost transmission investment in the power system In this thesis, network expansion is performed by considering adding one or few lines to eliminate congestion on the transmission line There have been many publications on this issue in recent years, many methods are applied such as GA classic, forward heuristic, backward heuristic, PSO classic and so on These methods create the satisfactory results when applied to the problem of congestion eliminated of transmission network However, this is an important issue in the optimal operation of the system, so it is still necessary to add other optimal methods, reference to evaluate and select the most reasonable planning for a large project with high costs like the construction of power transmission line This article will use the Meta-Heuristic algorithm with the PSO method is considered to apply to this problem To evaluate achieved results, IEEE 30 bus test system is used to simulate and record results on MATLAB and PowerWorld software The obtained results show that the proposed method is highly feasible when applying to the cost of optimal problem of power network expansion in the simulated power system Key words: Transmission expansion planning; optimition methods; reliability of the system Giới thiệu Nhu cầu lượng ngày tăng đặt sức ép lên hệ thống điện, việc phát triển ngành điện phải gắn liền với chiến lược phát triển kinh tế - xã hội phải đảm bảo cung cấp điện cho kinh tế quốc dân đời sống xã hội với chất lượng điện ngày cao, đồng thời phải sử dụng có hiệu nguồn tài nguyên lượng, đa dạng hóa nguồn lượng sơ cấp cho sản xuất điện, bảo tồn nhiên liệu đảm bảo an ninh lượng cho tương lai Hiện vấn đề nguồn sản xuất điện thường xa khu tiêu thụ, cần phải Truyền tải điện từ nơi nơi khác Tương xứng với nhu cầu tiêu thụ điện ngày tăng, thị trường điện đời mang lại nhiều phúc lợi xã hội Tuy nhiên, nghẽn mạch hệ thống điện xảy thường xuyên Vì vậy, việc cấp thiết đặt ngành điện phải đầu tư mở rộng hệ thống Truyền tải nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp đầy đủ điện đến tâm phụ tải Việc mở rộng nên thực cách kịp thời đáp ứng tiêu chí như: tối ưu hóa kỹ thuật, kinh tế vận hành đáp ứng độ tin cậy Tổng quan cơng trình nghiên cứu 2.1 Tổng quan phương pháp quy hoạch nguồn: Quy hoạch mở rộng nguồn phát bước quan trọng toán quy hoạch dài hạn Trong [1], đề xuất việc quy hoạch mở rộng nguồn tích hợp nguồn lượng tái tạo sử dụng mơ hình định, mơ hình có đủ tính linh hoạt, có khả mơ khơng chắn tốn; Trong [2], quy hoạch mở rộng dài hạn nguồn phát sử dụng hệ thống động giải thuật di truyền; Bài báo trình bày phương pháp giúp người quản lý thị trường phát triển kế hoạch đầu tư nguồn phát dài hạn Nghiên cứu ứng dụng so sánh kỹ thuật Metaheuristic vào toán quy hoạch mở rộng nguồn phát [3] đề xuất quy trình lập đồ ảo hệ số phạt để cải thiện hiệu kỹ thuật Meta-heuristic 2.2 Tổng quan phương pháp dùng thiết bị Facts: Việc cân lại công suất đường dây cách sử dụng thiết bị FACTS kết hợp với quy hoạch lại nguồn phát (GEP) để đáp ứng nhu cầu phụ tải có ý nghĩa quan trọng Nó khơng giải tắc nghẽn cục mà cịn tiết kiệm chi phí đầu tư vận hành, giảm tổn thất điện năng, nâng cao tính ổn định hệ thống Trong tốn TEP, mở rộng hệ thống điện cách thêm thiết bị Facts, tăng khả truyền tải hệ thống điện Trong [4], thiết bị Facts lựa chọn để khắc phục vấn đề điện áp thấp nghẽn mạch đường dây; Việc quy hoạch mở rộng mạng lưới điều kiện khơng chắn chắn vai trị Facts việc cung cấp chế độ vận hành linh hoạt [5] đề xuất phương pháp quy hoạch mở rộng đánh giá đưa so sánh việc lựa chọn đầu tư đường dây truyền tải với việc đầu tư thiết bị Facts; 2.3 Tổng quan phương pháp thêm đường dây mới: Việc xây dựng đường dây truyền tải để loại trừ nghẽn mạch thường thực toán TEP Tuy nhiên, điều thường gặp nhiều khó khăn từ chi phí đầu tư mơi trường Trong [6], đề xuất tìm cấu trúc tối ưu với chi phí đầu tư thấp nhất, loại bỏ nghẽn mạch đường dây; Quy hoạch mở rộng hệ thống truyền tải sử dụng giải thuật heuristic [7], với mục tiêu cực tiểu chi phí kéo thêm đường dây phát triển phụ tải tương lai, đề xuất sử dụng giải thuật heuristic để giải tốn Thuật tốn tối ưu hóa bầy đàn PSO PSO kỹ thuật tối ưu hóa ngẫu nhiên dựa quần thể sau tìm nghiệm tối ưu cách cập nhật hệ, phát triển Dr.Eberhart Dr.Kennedy, theo hành vi bầy chim hay đàn cá [8] PSO (Particles Swarm Optimization) thuộc lĩnh vực nghiên cứu quần thể thơng minh (Swarm Intelligence SI), nằm tính tốn tiến hóa – Evolution computation Những ý tưởng nghiên cứu quần thể thông minh dựa quan hệ, cách ứng xử cá thể quần thể, cách thức tự tổ chức, hoạt động quần thể Những ý tưởng xuất phát từ việc quan sát quần thể sinh vật tự nhiên Như cách thức mà đàn chim tìm kiếm nguồn thức ăn, nguồn nước, cách mà đàn kiến tìm đường tới nguồn thức ăn 5.1 Kết phân bố công suất 100% tải: Hệ thống điện đánh giá phân bố công suất với lưới điện truyền tải tại, kết ghi nhận điện áp luồng công suất nút nhánh thể qua bảng biểu đồ sau: Hình 3.1: Khái niệm thay đổi điểm tìm kiếm PSO Ưu điểm phương pháp so với phương pháp tối ưu tồn cục khác mơ luyện (Simulated Annealing), di truyền (Genetic Algorithm) với số lượng lớn cá thể giúp giải thuật vượt qua cực trị cục Phương pháp luận 4.1 Mơ tả tốn với giải thuật PSO: Hình 4.1: Mã hóa đường dây Để giải tốn phải mã hóa đường dây để thực q trình mơ Với nhánh có giá trị =0 khơng thêm đường dây vào, nhánh có giá trị =1 có đường dây thêm vào 4.2 Mơ hình hệ thống thử nghiệm: Hình 5.1: Biểu đồ phân bố cơng suất 100% tải lưới điện Qua hình 5.1 thể kết phân bố công suất nhánh hệ thống điện Kết cho thấy nhánh 6-8 bị tải 7% Đây vấn đề quan trọng cần phải giải Tình trạng tải gây bất ổn hệ thống điện, đe dọa nghiêm trọng đến độ tin cậy ổn định hệ thống điện 5.2 Thực thi chương trình mở rộng lưới điện truyền tải: Để giải toán nghẽn mạch hệ thống điện truyền tải có nhiều phương pháp đề xuất, đề xuất phương án mở rộng lưới điện truyền tải cách xây dựng thêm đường dây Bảng 5.1: Các đường dây thêm vào hệ thống điện Để chứng minh cho giải thuật tối ưu đề xuất, mơ hình hệ thống IEEE 30 nút sử dụng làm mơ hình đánh giá Kết mô phỏng: Dùng phần mềm Matlab PowerWorld để mô cho lưới điện lưới điện với cấu hình sau mở rộng, giải pháp quy hoạch hệ thống điện phương án xây dựng thêm đường dây đề xuất luận văn kiểm tra kết đạt thông qua tính tốn phần mềm Matlab cho nút 30 nút tiêu chuẩn IEEE Các kết thu sau q trình tính tốn, mơ thể cụ thể bên để chứng minh hiệu phương pháp đề xuất Ngồi ra, tốn phân tích đánh giá trường hợp phụ tải tăng lên giai đoạn tương lai Thực mở rộng lưới điện truyền tải với thời gian dự báo 10 phụ tải tăng khoảng 45% Vì phụ tải tăng dần theo thời gian nên để giảm chi phí đầu tư thời gian thực ta tính tốn để xây dựng đưa 07 đường dây vào hệ thống sau: Giả thuyết tải tăng theo đồ thị trước), với chi phí thấp mà hệ thống không bị tải nhánh số 6-8, 26-28 Kết chứng minh PowerWorld với hình 6.4 Hình 5.2: Đồ thị tăng tải 10 năm Trình tự thực chạy chương trình Matlab để chọn phương án thêm lần lược đường dây thực sau: Bước 1: Chạy chương trình với tải 145% (năm thứ 10) xác định 07 tuyến dây cần thêm vào hệ thống Bước 2: Giảm tải xuống 140% (năm thứ 08) loại bỏ dần đường dây có chi phí lớn mà khơng gây q tải Bước 3: Tiếp tục bước trở thời gian Bước 4: Xây dựng biểu đồ tăng tải theo thời gian trình tự xây dựng đường dây theo năm Xây dựng biểu đồ tăng tải theo thời gian trình tự xây dựng đường dây theo năm, để xác định đường dây đưa vào hệ thống cho chi phí thấp mà hệ thống khơng bị q tải Hình 5.3: Trình tự xây dựng đường dây 10 năm 5.3 Kết phân bố công suất 110% tải sau lhi mở rộng: Sau chạy chương trình Matlab cho tăng tải lên 10% cho kết thêm vào 02 đường dây (trong số 07 đường dây chọn Hình 5.4: Phân bố cơng suất nhánh 110% tải 5.4 Kết phân bố công suất 120% tải: Tiếp tục tăng tải lên 20% thêm tiếp đường dây thứ 03 vào hệ thống với chi phí thấp mà hệ thống khơng bị q tải nhánh số 5-16 5.5 Kết phân bố công suất 130% tải: Tiếp tục tăng tải lên 30% thêm tiếp đường dây thứ 04 vào hệ thống với chi phí thấp mà hệ thống khơng bị tải nhánh số 1-4 Kết thể qua hình 5.5 Hình 5.5: Phân bố cơng suất nhánh 130% tải 5.6 Kết phân bố công suất 140% tải: Tiếp tục tăng tải lên 40% thêm tiếp đường dây thứ 05 06 vào hệ thống với chi phí thấp mà hệ thống không bị tải nhánh số 2-4 25-30 5.7 Kết phân bố công suất 145% tải: Tiếp tục tăng tải lên 45% thêm tiếp đường dây thứ 07 đường dây sau 07 đường dây chọn để thêm vào hệ thống nhánh số 9-22 Kết thể qua hình 6.6 Kết luận Qua kết mơ hệ thống 30 nút trước sau mở rộng phần trên, có số nhận xét rút sau: Khi chưa mở rộng lưới hệ thống có tượng giảm điện áp 100% tải nút số 0.94 pu nhánh 6-8 tải 106,09% công suất định mức Sau thực kéo thêm 07 đường dây để mở rộng lưới phụ 145% thời gian dự báo 10 năm tải Hình 6.6: Phân bố công suất nhánh 145% tải nhánh 4-6 tải 106% công suất định mức Vì phụ tải tăng dần theo thời gian nên để giảm chi phí đầu tư thời gian thực việc mở rộng lưới, chương trình ta tính toán để đưa phương án xây dựng đường dây (trong số 07 đường dây chon) vào hệ thống 30 nút cách xây dựng biểu đồ tăng tải theo thời gian trình tự xây dựng đường dây theo năm, để xác định đường dây ưu tiên đưa vào hệ thống cho chi phí thấp mà hệ thống không bị tải Hệ thống sau mở rộng lưới phương pháp thêm đường dây có hiệu rõ rệt chống tình trạng nghẽn mạch xảy cho lưới điện tương lai có gia tăng phụ tải Khi mở rộng lưới phương pháp thêm đường dây mới, công suất truyền tải tăng lên cao tồn lưới với việc cơng suất phụ tải vận hành tốt công suất phụ tải tăng 45% TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S a farghal, M roehdy abdel aziz Generation expansion planning including the renewable energy sources IEEE transactions on power systems Vol 3, no 3, august 1988 [2] Adelino J.C Pereira a, João Tomé Saraiva b,* Generation expansion planning (GEP) e A longterm approach using system dynamics and genetic algorithms (GAs) Energy 36 (2011) 51805199 [3] S Kannan, S Mary Raja Slochanal, and Narayana Prasad Padhy Application and Comparison of Metaheuristic Techniques to Generation Expansion Planning Problem IEEE transactions on power systems VOL 20, NO 1, FEBRUARY 2005 ... tiểu chi phí vận hành chi phí mở rộng lưới giải thuật PSO 3.3.1 Mơ tả tốn với giải thuật PSO: Giả sử lưới truyền tải điện có số đường dây hữu m, mở rộng lưới truyền tải điện cách kéo thêm đường... thống truyền tải điện toán mở rộng, phương pháp giải áp dụng giới thiệu giải thuật PSO Chương 3: Phương pháp luận, mô tả toán quy hoạch mở rộng hệ thống truyền tải Chương 4: Kết mô hệ thống truyền. .. để mở rộng đường dây truyền tải tốn kém, lâu dài mang lại hiệu kinh tế cao phương pháp quy hoạch mở rộng Luận văn sử dụng giải thuật Meta- Heuristic với phương pháp PSO để giải toán quy hoạch mở