(Luận văn thạc sĩ) xác định vị trí và dung lượng máy phát điện phân tán trên lưới điện 22kv trong thị trường cạnh tranh bằng giải thuật lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỒN MINH HẬU XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƯỢNG MÁY PHÁT ĐIỆN PHÂN TÁN TRÊN LƯỚI ĐIỆN 22KV TRONG THỊ TRƯỜNG CẠNH TRANH BẰNG GIẢI THUẬT LAI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 6052020 SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỒN MINH HẬU XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG MÁY PHÁT ĐIỆN PHÂN TÁN TRÊN LƢỚI ĐIỆN 22KV TRONG THỊ TRƢỜNG CẠNH TRANH BẰNG GIẢI THUẬT LAI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 6052020 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐỒN MINH HẬU XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG MÁY PHÁT ĐIỆN PHÂN TÁN TRÊN LƢỚI ĐIỆN 22KV TRONG THỊ TRƢỜNG CẠNH TRANH BẰNG GIẢI THUẬT LAI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 6052020 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2019 Luận văn thạc sĩ PGS.TS Trƣơng Việt Anh Bảng Kết kỹ thuật đƣợc đề xuất hệ thống 72 nút Bến Tre Thơng số Ban đầu GĐ-II Đồng thời Tái cấu hình DGs 69, 70, 12, 55, 63 1.6175 (61), 0.7710 (50), 0.6752 (21) 39.31 82.52 69, 70, 14, 55, 61 0.516112 (64), 1.45167 (61) 0.53696 (11) 35.19 84.35 PP đề xuất - PSO GĐ-I Khóa mở 69, 70, 71, 72, 73 Dung lƣợng DG MW (Nút số) None 1.6175 (61), 0.7710 (50), 0.6752 (21) 28.88 87.15 Tổn thất (kW) 224.89 % Giảm tổn thất Thời gian CPU 32.9654 27.2612 244.4863 (second) Số lần lặp trung 240.15 71.05 807.15 bình Từ bảng, cấu hình ban đầu, tổn thất điện 224,89 kW, giảm xuống 28,8875 kW 39,31 kW sử dụng giai đoạn giai đoạn 2, tƣơng ứng Có thể thấy so với phƣơng pháp tái cấu hình đồng thời đặt máy phát phân tán (DG), kết gần giống với kết thu đƣợc từ tái cấu hình đồng thời đặt phƣơng pháp DGs Tổn thất công suất tối thiểu thu đƣợc cách tái cấu hình đồng thời phƣơng pháp đặt nhiều máy phát phân tán (DGs) 35,19 kW thấp 4,17 kW so với kết thu đƣợc từ phƣơng pháp đề xuất Sự hội tụ cho giai đoạn giai đoạn nhƣ Hình 4.6 Hình 4.7 HVTH: Đồn Minh Hậu Trang 69 Luận văn thạc sĩ PGS.TS Trƣơng Việt Anh Hình Sự hội tụ PSO giai đoạn 50 lần chạy độc lập cho hệ thống kiểm tra 72 nút Hình Sự hội tụ PSO giai đoạn thứ hai 50 lần chạy độc lập cho hệ thống kiểm tra 72 nút HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 70 Luận văn thạc sĩ PGS.TS Trƣơng Việt Anh CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Luận văn tiếp cận toán xác định vị trí cơng suất máy phát điện phân tán lƣới điện phân phối có xét đến cấu trúc vận hành lƣới điện với mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng hệ thống phân phối Giải pháp xác định vị trí cơng suất máy phát điện phân tán tối ƣu xác định cấu trúc vận hành đƣợc thực riêng rẽ hai giai đoạn sử dụng thuật toán di truyền Trong hai giai đoạn, giai đoạn sử dụng thuật tốn PSO xác định vị trí cơng suất tối ƣu máy phát phân tán lƣới điện phân phối kín sau giai đoạn 2, giải thuật PSO đƣợc sử dụng để xác định cấu trúc vận hành hở tối ƣu hệ thống Từ kết việc áp dụng thử nghiệm phƣơng pháp vào hệ thống mạng 33 nút, hệ thống 72 nút Bến Tre Học viên rút đƣợc số kết luận nhƣ sau: - Ƣu điểm phƣơng pháp thực đơn giản, rút ngắn thời gian thực cho giải thuật PSO số lƣợng biến cần tối ƣu lần thực tƣơng đối nhỏ Kết qua thực so sánh với số nghiên cứu cho thấy phù hợp phƣơng pháp đề xuất - Nhƣợc điểm phƣơng pháp thực chƣa thực tất ràng buộc hệ thống Quá trình kiểm nghiệm lƣới điện Bến Tre áp dụng cho phát tuyến 5.2 Hƣớng phát triển Từ hạn chế giải thuật đề nghị, xin đề xuất số hƣớng phát triển đề tài nhƣ sau: Nghiên cứu, so sánh với tốn xác định vị trí dung lƣợng máy phát phân tán giai đoạn phƣơng pháp đề xuất khác Mặc dù cố gắng nhƣng kiến thức hạn hẹp dẫn đến luận văn khơng thể tránh đƣợc thiếu sót Kính mong Hội đồng giám khảo, thầy bạn bè đồng nghiệp nhiệt tình đóng góp ý kiến để luận văn tăng thêm giá trị khoa học thực tiễn HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 71 Luận văn thạc sĩ PGS.TS Trƣơng Việt Anh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Shirmohammadi and H W Hong, “Reconfiguration of electric distribution networks for resistive line losses reduction,” IEEE Trans Power Deliv., vol 4, no 2, pp 1492–1498, 1989 [2] R S Rao, K Ravindra, K Satish, and S V L Narasimham, “Power Loss Minimization in Distribution System Using Network Reconfiguration in the Presence of Distributed Generation,” IEEE Trans Power Syst., vol 28, no 1, pp 1– 9, 2013 [3] A Mohamed Imran, M Kowsalya, and D P Kothari, “A novel integration technique for optimal network reconfiguration and distributed generation placement in power distribution networks,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 63, pp 461–472, 2014 [4] T T Nguyen, A V Truong, and T A Phung, “A novel method based on adaptive cuckoo search for optimal network reconfiguration and distributed generation allocation in distribution network,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 78, pp 801–815, 2016 [5] Ameli A, Shahab B, Farid K, Mahmood-Reza H A multiobjective particle swarm optimization for sizing and placement of DGs from DG Owner’s and distribution company’s viewpoints IEEE Trans Power Deliv 2014;29 (4):1831–40 [6] Tan S, Xu JX, Panda SK Optimization of distribution network incorporating distributed generators: an integrated approach IEEE Trans Power Syst 2013; 28(3): 2421–32 [7] Mohamed Imran A, Kowsalya M, Kothari DP A novel integration technique for optimal network reconfiguration and distributed generation placement in power distribution networks Int J Electr Power Energy Syst 2014;63:461–72 [8] Trƣơng Quang Đăng Khoa, Phan Thị Thanh Bình, Hồng Bảo Trân - Xác định dung lƣợng vị trí máy phát phân bố (DG) tối ƣu tổn thất lƣới phân phối Trƣờng Đại học Bách Khoa TP HCM - 2016 [9] Lê Kim Hùng – Lê Thái Thanh – Tối ƣu hóa vị trí đặt cơng suất phát nguồn phân tán mơ hình lƣới điện phân phối 22kV – Tạp chí KHCN Đà Nẵng – 2015 HVTH: Đồn Minh Hậu Trang 72 Luận văn thạc sĩ [10] PGS.TS Trƣơng Việt Anh César Augusto Peñuela Meneses and José Roberto Sanches Mantovani, “Improving the Grid Operation and Reliability Cost of Distribution Systems With Dispersed Generation” IEEE Trans Power Syst 2013; 28 [11] T P Wagner , A.Y Chikhanni and R Hackam, Feeder reconfiguration for loss reduction an application of distribution automation, IEEE transactions on power Delivery , vol 6, SUMMARY no 4, October (1994) [12] Y oung Jae Jeon and Jae Chul Kim, Network reconfiguration in radial distribution systems using simulated annealing and T abu search, IEEE (2000) [13] Bhoomesh Radha, Robert T F Ah King and Harry C.S Rughooputh, A modified genetic algorithm for optimal electrical distribution network r econfiguration, IEEE (2003) [14] Jen-Hao Teng and Chan Nan Lu, Feederswitches relocation for customer interruption cost minimization, IEEE transactions on power delivery , vol 17, No 1, January(2002) [15] "Haibao Zhai, Haozhong Cheng And Xuwang, Using ant colony system algorithm to solve dynamic transmission network expansion plainning, Singapore, 27-29 November (2003) [16] Enrico Carpaneto and Gianfranco chicco, Ant colony search based minimum losses reconfiguration of distribution systems, IEEE, MELECON 2004, Dubrovnik, croaria, May12-15, (2004) [17] Jen-Hao Teng and Yi-Hwa Lui, A novel ACS based optimum switch relocation method, IEEE transactions on power systems, V ol 18, No, February(2003) [18] Phạm Thị Hồng Anh, Nâng cao chất lƣợng điện lƣới điện phân phối theo phƣơng pháp tái cấu trúc lƣới, Tạp chí Khoa Học & Cơng Nghệ, 128(14): 43 – 48 [19] Nguyễn Tùng Linh, Nguyễn Thanh Thuận, Tôn Ngọc Triều, Nguyễn Anh Xuân, Trƣơng Việt Anh, Áp dụng giải thuật di truyền cho toán tối ƣu vị trí cơng suất nguồn điện phân tán có xét đến tái hình cấu hình lƣới điện phân phối, Tạp chí Phát Triển KH&CN, Tập 20, số K7-2017 HVTH: Đồn Minh Hậu Trang 73 Luận văn thạc sĩ PGS.TS Trƣơng Việt Anh XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG MÁY PHÁT ĐIỆN PHÂN TÁN TRÊN LƢỚI ĐIỆN 22KV TRONG THỊ TRƢỜNG CẠNH TRANH BẰNG GIẢI THUẬT LAI DETERMINATION OF GENERATOR LOCATION AND QUANTITY DISTRIBUTION ON 22KV POWER NETWORK IN THE COMPETITIVE COMPETITION MARKET Đoàn Minh Hậu Học viên cao học Trường ĐHSPKT TP.HCM haudoanminh@yahoo.com.vn TÓM TẮT Lưới điện phân phối thường quy hoạch quản lý theo hướng công suất từ nguồn đến phụ tải Hiện nay, với phát triển nguồn lượng từ máy phát điện phân tán (DG) kết nối nhiều vào hệ thống điện phân phối Việc kết nối DG vào lưới điện phân phối giúp nâng cao độ tin cậy khả cung cấp điện Tuy nhiên, địi hỏi cấu hình lưới phù hợp để nâng cao hiệu cung cấp điện Đề tài tiếp cận toán xác định vị trí cơng suất DG lưới điện phân phối có xét đến tốn tái cấu hình vận hành lưới điện với mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng thỏa mãn công suất đưa vào lưới điện khách hàng tham gia cung cấp hệ thống điện Việc xác định vị trí cơng suất DG tối ưu xác định cấu hình vận hành lưới điện phân phối thực hai giai đoạn với thuật tốn PSO Trong đó, giai đoạn sử dụng thuật tốn PSO xác định vị trí cơng suất tối ưu máy phát phân tán lưới điện phân phối kín (tất khóa điện đóng), giai đoạn 2, giải thuật PSO sử dụng để xác định cấu trúc vận hành hở tối ưu hệ thống Kết toán kiểm nghiệm lưới điện 33 nút lưới điện 72 nút Thành phố Bến Tre cho thấy hiệu phương pháp đề xuất Từ khóa: Xác định vị trí cơng suất DG tối ưu xác định cấu hình vận hành lưới điện phân phối thực hai giai đoạn với thuật toán PSO ABSTRACT Distribution grids are often planned and managed in a power direction from source to load Currently, the development of new energy sources from distributed generators (DG) is more connected to distribution power systems Connecting DG to the distribution grid will help improve reliability and power supply However, it also requires an appropriate grid configuration to improve power supply efficiency This topic approaches the problem of determining the position and capacity of DGs on the distribution grid considering the re-configuring the operation of the grid with the goal of reducing the capacity loss and satisfying capacity put into the grid of participating HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 74 Luận văn thạc sĩ PGS.TS Trƣơng Việt Anh customers on the electrical system The determination of the position and power of the optimal DG and the determination of the new operating configuration of the distribution grid is carried out in two stages with the PSO algorithm In particular, phase uses PSO algorithm to determine the optimal position and capacity of distributed generators on the closed distribution grid (all electric locks are closed), in phase 2, PSO algorithm used to determine the optimal open operating structure of the system The results of the 33-node grid test and the 72-node grid of Ben Tre City showed the effectiveness of the proposed method Key words: The determination of the position and power of the optimal DG and the determination of the new operating configuration of the distribution grid is carried out in two stages with the PSO algorithm, power system HVTH: Đoàn Minh Hậu Trang 75 Luận văn thạc sĩ PGS.TS Trƣơng Việt Anh 1.GIỚI THIỆU nguồn phân tán xác định cấu trúc vận hành hình tia tối ƣu Lƣới điện phân phối truyền tải điện từ trạm biến áp trung gian đến khách hàng sử dụng điện Lƣới điện phân phối thƣờng có cấu trúc mạch vịng nhƣng đƣợc vận hành hình tia ƣu điểm liên quan đến thiết bị bảo vệ, dễ dàng vận hành Khi nguồn phát phát triển, việc kết nối nguồn phân tán với lƣới điện phân phối có nhiều ƣu điểm Một ƣu điểm lớn đặt máy phát phân tán lƣới điện phân phối giảm tổn thất công suất khả đáp ứng nhu cầu phụ tải chỗ vùng lân cận Nhƣ vậy, rõ ràng với xuất nguồn phân tán lƣới điện phân phối, với khóa điện tồn lƣới điện phân phối làm xuất toán cần giải tối ƣu vị trí, cơng suất nguồn phân tán thay đổi cấu trúc lƣới điện thông qua thao tác chuyển khóa điện sẵn có lƣới để nâng cao hiệu lƣới điện phân phối Để giải toán này, số nghiên cứu sử dụng kỹ thuật khác để giải đƣợc tóm tắt số phƣơng pháp chung nhƣ sau: (1) Xác định vị trí công suất nguồn phân tán tối ƣu lƣới điện phân phối hình tia ban đầu thuật tốn tối ƣu Sau sử dụng thuật tốn tối ƣu để xác định cấu trúc lƣới có tổn thất công suất bé (2) Xác định cấu trúc lƣới có tổn thất bé thuật tốn tối ƣu Sau đó, Xác định vị trí công suất nguồn phân tán tối ƣu lƣới điện phân phối có cấu trúc hình tia tối ƣu (3) Xác định vị trí nguồn phân tán dựa số nhƣ độ ổn định điện áp, độ nhạy điện áp nút… Sau sử dụng thuật toán tối ƣu để xác định dung lƣợng, kết hợp với toán tái cấu trúc lƣới (4) Sử dụng thuật toán tối ƣu để giải tốn xác định vị trí, cơng suất HVTH: Đoàn Minh Hậu Trong bốn kỹ thuật đƣợc sử dụng, phƣơng pháp (1) (2) có ƣu điểm dễ dàng thực hiện, thời gian tính tốn nhanh Nhƣng kết thu đƣợc thƣờng hệ thống phân phối có tổn thất cơng suất bé độc lập hai lần tính tốn Phƣơng pháp (3), hạn chế đƣợc nhƣợc điểm phƣơng pháp (1) (2) Tuy nhiên, số ban đầu lƣới phân phối để lựa chọn vị trí nguồn phân tán lại thƣờng bị thay đổi cấu trúc lƣới thay đổi dẫn đến giải pháp thu đƣợc sau khơng phải tối ƣu Phƣơng pháp (4) giải đƣợc hạn chế phƣơng pháp Nhƣng rõ ràng, toán trở nên phức tạp khác chất biến véc tơ biến điều khiển thuật toán tối ƣu nhiều ảnh hƣởng đến chế tạo véc tơ biến trình tối ƣu Mặt khác, thời gian tính tốn thuật tốn lâu số biến cần tối ƣu lớn bao gồm vị trí nguồn phân tán, cơng suất nguồn phân tán khóa điện cần thay đổi hệ thống Có thể thấy lƣới điện kín có dịng phân bố công suất tối ƣu nơi mà tổn thất công suất lƣới điện phân phối nhỏ Ngoài ra, việc thay đổi cấu trúc vận hành lƣới điện phân phối thƣờng đƣợc thay đổi tùy theo phát triển phụ tải thƣờng đƣợc thay đổi tƣơng đối dễ dàng thơng qua thao tác đóng mở Tuy nhiên nguồn phân tán, việc tối ƣu nguồn phân tán đặc biệt vị trí lại tƣơng đối khó khăn khó thay đổi theo thời gian Vì vậy, xác định vị trí cơng suất nguồn phát cho bị ảnh hƣởng cấu trúc lƣới hình tia điều đặc biệt quan trọng chƣa đƣợc quan tâm giải PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) thuật tốn tiến hóa, dựa khái niệm trí tuệ bầy đàn Trang 76 Luận văn thạc sĩ để giải tốn tối ƣu hóa Thuật tốn có nhiều ứng dụng quan trọng tất lĩnh vực mà địi hỏi phải giải tốn tối ƣu hóa đặc biệt toán liên quan đến hệ thống điện Ý tƣởng PSO dựa tảng tâm lý bầy đàn tập tính xã hội bầy chim đàn cá Chúng di chuyển để tìm kiếm thức ăn với vận tốc vị trí tƣơng ứng Sự di chuyển chúng phụ thuộc vào kinh nghiệm thành viên khác bầy đàn (Pbest Gbest) Lƣới điện vận hành kín đạt hiệu cao tiêu tổn thất điện áp, nâng cao độ tin cậy lƣới điện, tiêu kỹ thuật khác… Tuy nhiên, việc vận hành lƣới điện kín gây nhiều khó khăn, đặc biệt vấn đề phối hợp bảo vệ cho phần tử lƣới phức tạp, dễ dẫn đến hệ thống bảo vệ làm việc không chọn lọc gây hiệu nghiêm trọng Do đó, lƣới phân phối đƣợc thiết kế theo mạch vịng liên thơng nhƣng đƣợc vận hành với cấu hình hình tia cách mở khóa mạch vịng hệ thống điện Mở khóa tối ƣu cho lƣới mạch vịng điểm mà phụ tải nhận công suất từ hai chiều lƣới điện Phƣơng pháp xác định vị trí cơng suất nguồn phát quy hoạch lƣới điện phân phối đƣợc thực nhƣ sau: PGS.TS Trƣơng Việt Anh Bắt đầu Đóng khóa điện tạo thành vịng kín Chọn thơng số: quần thể N, số biến (vị trí, dung lượng DG), số vòng lặp lớn Itermax,1 Khởi tạo ngẫu nhiên [vị trí DG, , cơng suất DG ] Giải tốn phân bố cơng suất tính tốn tổn thất công suất cho nhiễm sắc thể Kiểm tra giới hạn ràng buộc nhiễm sắc thể Iter1 = Iter1 + Iter1