Tính cấp thiết của luận văn…
Hệ thống điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối giữa nhà máy điện và tải tiêu thụ Mỗi liên kết trong hệ thống này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh tế của lưới điện khi chuyển tải công suất Các công ty điện lực luôn tìm kiếm cấu trúc lưới phân phối tối ưu nhằm giảm thiểu tổn thất công suất, từ đó mang lại lợi ích lớn cho toàn bộ hệ thống điện.
Hệ thống điện phân phối truyền tải năng lượng từ các trạm phân phối đến khách hàng, với các đường dây truyền tải được xây dựng thành mạng lưới và tuyến dây phân phối có cấu trúc hình tia Cấu trúc hình tia giúp đơn giản hóa vận hành, giảm dòng ngắn mạch và tối ưu hóa thiết bị đóng cắt và bảo vệ Việc tái cấu trúc lưới điện là cần thiết để phục hồi cung cấp điện sau sự cố, giảm tổn thất và cân bằng tải nhằm tránh quá tải Quá trình khôi phục lưới điện thực hiện thông qua thao tác đóng cắt các cặp khóa điện trên các mạch vòng, dẫn đến việc lưới phân phối có nhiều khóa điện.
Tổn thất năng lượng trên lưới phân phối hiện nay cao hơn so với lưới truyền tải, với tỷ lệ 5%-7% so với 2%-3% Để giảm tổn thất điện năng, nhiều giải pháp đã được nghiên cứu và áp dụng, như bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành từ 15 kV lên 22 kV, và tăng tiết diện dây dẫn Tuy nhiên, những biện pháp này đều đòi hỏi chi phí đầu tư và lắp đặt thiết bị đáng kể.
Một biện pháp hiệu quả để giảm tổn thất trên lưới điện là tái cấu trúc lưới thông qua việc điều chỉnh các cặp khoá điện Bằng cách này, lưới điện có thể hoạt động với chi phí thấp hơn trong khi vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật và ràng buộc hiện có.
Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối theo hình tia nhằm giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp bán điện (EVN) mà còn mang lại lợi ích cho các doanh nghiệp sản xuất, dịch vụ, thương mại và người dân trên các tuyến đường dây đang được cung cấp điện.
Từ mục tiêu nghiên cứu như trên, nên nhiệm vụ của luận văn bao gồm các vấn đề sau:
1) Đọc các bài báo viết về tái cấu trúc lưới điện từ trước đến nay trên thế giới Phân loại theo các phương pháp khác nhau
2) Đánh giá các phương pháp
3) Đề nghị một phương pháp để tái cấu trúc lưới điện để giảm tổn thất công suất
4) Xây dựng hàm mục tiêu đạt mục đích đặt ra
5) Lập trình trên máy tính và chạy kiểm tra phương pháp đề nghị
6) Kiểm chứng trên lưới điện mẫu nhằm đánh giá tính đúng đắn của ý tưởng đề xuất
Đánh giá lại phương pháp thực hiện và khả năng áp dụng các phương pháp đề nghị vào thực tế là rất quan trọng Đồng thời, cần đề xuất hướng nghiên cứu phát triển cho đề tài này để nâng cao hiệu quả và tính khả thi trong ứng dụng.
Phương pháp nghiên cứu
Ở đây chúng ta sử dụng các phương pháp sau:
1) Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu có liên quan đến vấn đề tái cấu trúc lưới điện
2) Cơ sở lý thuyết liên quan đến đề tài nghiên cứu
3) Thành tựu lý thuyết đã đạt được có liên quan đến đề tài nghiên cứu
4) Kết quả nghiên cứu của các tác giả đã công bố trên các ấn phẩm và có liên quan đến đề tài nghiên cứu
5) Các số liệu thống kê liên quan đến đề tài nghiên cứu
6) Dựa trên giải thuật tối ưu cá voi (WOA) để tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng.
Điểm mới của luận văn
Đề xuất một giải thuật mới dựa trên giải thuật tối ưu cá voi (WOA) nhằm tái cấu trúc lưới điện phân phối, giảm tổn thất công suất tác dụng và nâng cao độ tin cậy Giải thuật này tìm trạng thái khóa điện tối ưu, cho phép giải quyết bài toán một cách nhanh chóng và đơn giản, đồng thời đáp ứng các điều kiện ràng buộc Kết quả đạt được có tính khả thi cao, phù hợp với lưới điện phân phối của Việt Nam, đặc biệt là trong các hệ thống không quá phức tạp và ít vòng kín.
Giá trị thực tiễn
Ứng dụng giải thuật tối ưu cá voi (WOA) trong việc tái cấu trúc lưới điện phân phối tại Việt Nam mang lại nhiều giá trị thực tiễn, đặc biệt là trong việc giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng Phương pháp này không chỉ cải thiện hiệu quả hoạt động của lưới điện mà còn góp phần nâng cao độ tin cậy và bền vững cho hệ thống điện quốc gia.
1) Góp phần nâng cao chất lượng điện năng, khả năng truyền tải và khả năng vận hành lưới điện của Việt Nam ngày càng tốt hơn
2) Giúp giảm chi phí về vận hành, sửa chữa, cũng như giúp giảm tổn thất năng lượng
3) Góp phần vào các nghiên cứu liên quan đến các bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
4) Làm tài liệu tham khảo cho công tác nghiên cứu và vận hành lưới điện phân phối.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Đặc điểm của lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối (LĐPP) là hệ thống chuyển tải điện năng từ các trạm biến thế trung gian như 110/22 kV, 110/35/22 kV, và 35/22 kV đến tay khách hàng Đường dây truyền tải thường hoạt động theo mạch vòng hoặc mạch tia, trong khi các đường dây phân phối có cấu trúc mạch vòng nhưng hoạt động hở Cấu trúc này cho phép hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng relay quá dòng Để khôi phục điện cho khách hàng sau sự cố, các tuyến dây thường có các mạch vòng liên kết với các đường dây lân cận, được cấp điện từ trạm biến áp trung gian khác hoặc từ chính trạm biến áp có sự cố Việc phục hồi lưới điện được thực hiện qua các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện trên các mạch vòng, dẫn đến sự hiện diện của nhiều khoá điện trên lưới phân phối.
Một đường dây phân phối điện thường chứa nhiều loại phụ tải khác nhau như ánh sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ và công nghiệp, với sự phân bố không đồng đều giữa các đường dây Mỗi loại tải có thời điểm đỉnh tải khác nhau và thay đổi theo thời gian trong ngày, tuần và mùa Điều này dẫn đến đồ thị phụ tải không ổn định, gây ra chênh lệch công suất tiêu thụ và có thể dẫn đến quá tải đường dây, làm tăng tổn thất năng lượng trong lưới điện phân phối Để giảm thiểu tình trạng này, các điều độ viên thực hiện các thao tác đóng/cắt trên các cặp khoá điện hiện có nhằm thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành Do đó, trong quá trình thiết kế, việc lắp đặt các khoá điện như Recloser, LBS và DS tại các vị trí tối ưu là rất quan trọng để giảm chi phí vận hành và tổn thất năng lượng.
Trong quá trình vận hành lưới điện phân phối, mục tiêu chính là tối ưu hóa chi phí vận hành, bao gồm cả chi phí chuyển tải và tổn thất năng lượng.
Trong quá trình phát triển, phụ tải điện liên tục biến đổi, dẫn đến việc xuất hiện nhiều mục tiêu vận hành lưới điện phân phối để phù hợp với tình hình cụ thể Tuy nhiên, các điều kiện vận hành của lưới điện phân phối luôn cần phải đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định.
- Cấu trúc vận hành hở
- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép
- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp
- Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải
2.1.1 Ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống điện
Cầu nối giữa nguồn điện và khách hàng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ Sự kết nối này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ ổn định của điện năng mà người tiêu dùng nhận được.
- Tổn thất điện năng chiếm tỉ lệ lớn trong tổng tổn thất của hệ thống bao gồm: tổn thất lưới truyền tải, phân phối, hạ áp
Hình 2.1 Tổn thất điện năng của EVN
Vốn đầu tư cho mạng phân phối điện có tỷ trọng lớn, với tỷ lệ đầu tư cho mạng cao áp được xác định là 1 Đối với mạng trung áp, mức đầu tư dao động từ 1,5 đến 2 lần, trong khi đó, mạng hạ áp cần từ 2 đến 2,5 lần vốn đầu tư so với mạng cao áp.
Xác suất ngừng cung cấp điện do sự cố, sửa chữa bảo dưỡng theo kế hoạch và cải tạo, lắp đặt trạm mới trên lưới điện trung áp cao hơn so với lưới truyền tải.
Khu vực này gặp nhiều khó khăn trong việc xác định phương án vận hành so với lưới truyền tải, đồng thời cũng là nơi chịu ảnh hưởng lớn nhất từ các yếu tố môi trường, thiết bị và nguồn dự phòng.
Cấu trúc lưới điện phân phối (LĐPP) rất đa dạng và phức tạp, với số lượng nút và nhánh lớn, gây khó khăn trong việc tính toán các chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật Mặc dù đã có nhiều phần mềm hỗ trợ quản lý trong cả khâu kỹ thuật và kinh doanh, lưới điện vẫn phát triển
Chế độ vận hành bình thường của lưới điện phân phối là vận hành hở, với các sơ đồ phổ biến như hình tia và hình tia có nguồn dự phòng (lưới điện kín vận hành hở) Những sơ đồ này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm việc vận hành đơn giản, dễ dàng phục hồi kết cấu sau sự cố, và ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ.
Một số sơ đồ cung cấp điện thường được sử dụng trong thực tế ở Việt Nam là:
Hình 2.2 Sơ đồ lưới điện hình tia
Hình 2.3 Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở
Thực trạng lưới phân phối của Việt Nam
Lưới điện phân phối (LĐPP) của Việt Nam hiện có ba cấp điện áp: 35 kV, 22 kV và 15 kV, trong đó lưới 35 kV chiếm tỷ lệ rất nhỏ, chủ yếu là lưới 15 kV và 22 kV Tại miền Nam, lưới 22 kV đã phát triển mạnh mẽ, với tỷ lệ chiếm 87,9% theo dung lượng trạm biến áp (TBA) và 81,9% theo khối lượng đường dây, nếu không tính TP Hồ Chí Minh và tỉnh Đồng Nai Đặc biệt, lưới 15 kV tại khu vực này được thiết kế chủ yếu theo tiêu chuẩn 22 kV, tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi từ lưới 15 kV sang 22 kV trong những năm tới.
Trong giai đoạn 2011-2015, Tổng Công ty điện lực Miền Nam đã tăng cường phát triển lưới điện phân phối, với chiều dài đường dây phân phối tăng từ 70.467 km lên 84.197 km và dung lượng trạm biến áp phân phối tăng từ 17.697 MVA lên 26.332 MVA.
Bảng 2.1 Khối lượng đường dây tải điện và dung lượng trạm biến áp của EVN
Các bài toán tái cấu trúc lưới điện
Các bài toán vận hành lưới điện phân phối (LĐPP) chủ yếu nhằm giảm tổn thất công suất, cải thiện thời gian tái lập và nâng cao độ tin cậy của hệ thống Ngoài ra, việc cải thiện khả năng tải và tình trạng không cân bằng tải cũng là những mục tiêu quan trọng Từ những mục tiêu này, chúng ta có thể phân chia bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối thành nhiều vấn đề nhỏ hơn để dễ dàng giải quyết.
- Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi phí vận hành bé nhất
- Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện trong 1 thời đoạn khảo sát để tổn thất năng lượng bé nhất
- Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại một thời điểm để tổn thất công suất bé nhất
Bài toán 4 liên quan đến việc tái cấu trúc lưới điện nhằm cân bằng tải giữa các đường dây và máy biến thế nguồn tại các trạm biến áp, từ đó nâng cao khả năng tải của lưới điện Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của lưới điện mà còn đảm bảo cung cấp điện ổn định và hiệu quả hơn.
- Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa
Bài toán 6 yêu cầu xác định cấu trúc lưới với nhiều mục tiêu đồng thời, bao gồm việc giảm thiểu tổn thất công suất, tối ưu hóa mức độ cân bằng tải, giảm số lần chuyển tải và hạn chế sụt áp cuối lưới Đây là một bài toán hàm đa mục tiêu, cần cân nhắc và tối ưu hóa các yếu tố để đạt được hiệu quả cao nhất trong thiết kế lưới điện.
- Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới tối ưu chi phí trong vận hành và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
Các bài toán xác định cấu trúc vận hành của lưới điện phân phối nhằm tối thiểu hóa tổn thất năng lượng hoặc chi phí vận hành, đồng thời đảm bảo các điều kiện kỹ thuật, luôn đóng vai trò quan trọng và mang tính kinh điển trong quản lý hệ thống điện.
Bảng 2.2 Phạm vi ứng dụng của các bài toán tái cấu trúc lưới
THUẬT TOÁN ĐỀ NGHỊ
Xây dựng hàm mục tiêu
Xét cấu trúc lưới điện hình tia [6]
Trong đó: n : số lượng các thanh cái (bus)
U0 : điện áp tại nút cân bằng của hệ thống
Ui : điện áp tại nút thứ i (i = 1, 2,… n) ri, xi : điện trở, cảm kháng của nhánh thứ i
Pi, Qi : dòng công suất tác dụng và phản kháng chạy trên nhánh thứ i
PLi, QLi: Công suất tác dụng và phản kháng do tải thứ i tiêu thụ
Để xác định tổn thất công suất trên đường dây phân phối, cần chuyển đổi đường dây về sơ đồ thay thế, trong đó tổng dẫn đường dây sẽ được bỏ qua.
Hình 3.2 Sơ đồ thay thế đường dây phân phối
Khi có dòng điện chạy qua tổng trở Z = R + jX (Z: tổng trở đường dây) thì tổn thất công suất là:
Để đơn giản hóa việc tính toán, chúng ta giả thiết rằng điện áp tại các nút tải gần bằng điện áp nguồn, tức là Ui = Udm Trong hệ đơn vị tương đối, Udm được coi là 1, do đó công thức (1) có thể được viết lại một cách đơn giản hơn.
∆𝑃 = 3𝐼 2 𝑅 = 𝑆 2 𝑅 = 𝑃 2 2 𝑅 + 𝑄 2 2 𝑅 (3.2) Giả sử ta có đồ thị phụ tải công suất tác dụng và phản kháng trong thời gian
Tổng hợp T (T = 24h) của tất cả các phụ tải trên lưới điện được thể hiện trong Hình 3.3 Đồ thị này có thể chia thành M bậc, trong đó các giá trị công suất tải giữ nguyên trong khoảng thời gian tm (m = 0…24).
Hình 3.3 Đồ thị phụ tải công suất
Do đó, trong bậc thứ M, dòng công suất nhánh tự nhiên thứ i có Pi m, Qi m (i =1…n) không đổi nên lưới điện có tổn thất công suất là:
Khi đó lưới điện có tổn thất năng lượng ∆A của lưới điện trong thời gian khảo sát T,
Cấu trúc lưới điện phân phối có thể giảm tổn thất năng lượng ∆A thông qua giải thuật tái cấu trúc lưới nhằm giảm ∆P Điều này được thực hiện khi công suất tại các nút tải đạt mức trung bình trong thời gian khảo sát.
Hiện nay, công suất trung bình trong thời gian khảo sát là thông số chủ yếu được sử dụng để đánh giá công suất trên đường dây điện tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác Việc cập nhật liên tục các thông số về công suất và đồ thị phụ tải gặp nhiều khó khăn, do đó công suất trung bình có thể được xác định dễ dàng thông qua các điện năng kế hoặc hệ thống hóa đơn tiền điện Bài báo này sẽ tập trung vào việc phân tích công suất tính toán chính là công suất trung bình trong thời gian khảo sát.
3.1.2 Các điều kiện ràng buộc
Không phải tất cả các cấu trúc mới được hình thành từ cấu trúc lưới ban đầu đều được chấp nhận, vì chỉ những cấu trúc phù hợp đáp ứng các ràng buộc nhất định mới có thể được công nhận.
- Ràng buộc về cấu trúc lưới: Lưới hình tia, tải không bị cô lập
- Ràng buộc về vận hành và tải: yêu cầu biên độ điện áp phải thoả mãn tại mỗi nút phụ tải i là: 0.95 < | Vi |< 1.05
- Ràng buộc về độ cân bằng công suất trên đường dây và trạm biến áp: để đảm bảo ràng buộc này, hàm mục tiêu được sử dụng: 𝑆 𝑖𝑑𝑚 2 ≥ 𝑃 𝑖 2 + 𝑄 𝑖 2
3.1.3 Các giả thiết ban đầu Để giảm tính phức tạp của bài toán, cần phải đưa ra một số giả thiết ban đầu là:
- Bỏ qua các thiết bị bù công suất phản kháng trên lưới khi giải bài toán xác định cấu trúc lưới điện phân phối
- Thao tác đóng/cắt để chuyển tải, không gây mất ổn định của hệ thống điện
- Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được xem là không đổi khi cấu trúc lưới thay đổi
- Lưới điện có cấu trúc tải là cân bằng giữa các pha, không xét đến trường hợp lưới điện không cân bằng.
Giới thiệu giải thuật
Bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối liên quan đến việc xác định trạng thái đóng/mở của các khóa điện nhằm đạt được mục tiêu vận hành cụ thể Do tính chất phi tuyến và rời rạc của bài toán, việc tìm kiếm giải pháp bằng các phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn Nhiều phương pháp tái cấu hình hiện nay sử dụng kỹ thuật heuristic, kết hợp với giải tích mạng và trí tuệ nhân tạo, nhưng thường gặp phải vấn đề bị kẹt ở các cực trị địa phương Để khắc phục điều này, các nghiên cứu đã áp dụng giải thuật di truyền (GAs) trong việc tái cấu hình lưới điện Gần đây, Giải Thuật Tối Ưu Cá Voi (WOA) đã được phát triển dựa trên cơ chế bầy đàn, cho thấy hiệu quả cạnh tranh cao so với các giải thuật tiên tiến khác Việc áp dụng WOA vào bài toán tái cấu trúc lưới điện hứa hẹn mang lại nhiều kết quả tích cực.
Giải Thuật Tối Ưu Cá Voi (Whale Optimization Algorithm - WOA) là một thuật toán tối ưu meta-heuristic, được phát triển dựa trên hành vi xã hội của cá voi lưng gù Thuật toán này mô phỏng cách cá voi săn mồi, kết hợp giữa việc theo đuổi cá thể ngẫu nhiên và cá thể tốt nhất để tối ưu hóa quá trình tìm kiếm.
28 mồi và sử dụng một hình xoắn ốc để mô phỏng cơ chế tấn công bubble-net của cá voi lưng gù
Hình 3.4 Hành vi săn mồi bubble-net của cá voi lưng gù
3.2.1 Cơ chế bao vây con mồi
Cá voi lưng gù có khả năng xác định vị trí con mồi và bao vây chúng Trong không gian tìm kiếm, vị trí tối ưu không được biết trước, vì vậy thuật toán WOA giả định rằng giải pháp tốt nhất hiện tại là con mồi hoặc gần tối ưu Khi cá thể tìm kiếm tốt nhất được xác định, các cá thể khác sẽ cập nhật vị trí của mình hướng về cá thể tìm kiếm tốt nhất, thể hiện qua công thức.
• 𝑡 là vòng lặp hiện tại
• 𝐴 và 𝐶 là các vector hệ số
• 𝑋⃗⃗⃗⃗ ∗ là vector vị trí của giải pháp tốt nhất cho đến hiện tại
X * sẽ cập nhật trong mỗi lần lặp nếu có một giải pháp tốt hơn
Các vector 𝐴 và 𝐶 được tính theo công thức sau:
• 𝑎 giảm tuyến tính từ 2 về 0 ở các lần lặp (trong cả giai đoạn tìm kiếm (exploration phase) và giai đoạn tấn công con mồi (exploitation phase))
• 𝑟 là một vector ngẫu nhiên trong khoảng [0,1]
Hình 3.5Vector vị trí 2D và 3D và các tọa độ kế tiếp (X* là giải pháp tốt nhất )
3.2.2 Phương pháp tấn công bubble-net (exploitation phase) Để mô hình toán hành vi bubble-net của cá voi lưng gù, có hai cách tiếp cận sau:
1 Cơ chế khép vòng: hành vi này đạt được bằng cách giảm giá trị của 𝑎 trong phương trình (3.7) Lưu ý rằng 𝐴 cũng sẽ giảm theo 𝑎 Nói cách khác 𝐴 là một giá trị ngẫu nhiên trong khoảng [−𝑎, 𝑎] trong đó, 𝑎 giảm từ 2 về 0 ở các lần lặp Đặt giá trị ngẫu nhiên cho 𝐴 trong khoảng [-1,1], vị trí mới của cá
Trong không gian 2D, có 30 vị trí tìm kiếm có thể xác định giữa vị trí ban đầu của cá thể và vị trí tốt nhất hiện tại của nó Hình 3.6(a) minh họa các vị trí có thể đạt được từ (X, Y) đến (X*, Y*) với điều kiện 0 ≤ A ≤ 1.
2 Cập nhật vị trí theo hình xoắn ốc: có thể thấy ở Hình.3.6(b), cách tiếp cận này đầu tiên tính toán khoảng cách giữa vị trí cá voi tại (X, Y) và con mồi tại (X*, Y*) Một phương trình hình xoắn ốc được tạo ra giữa vị trí của cá voi và con mồi để bắt chước cách di chuyển dạng xoắn ốc của cá voi lưng gù như sau:
• 𝐷⃗⃗⃗⃗ = |𝑋 ′ ⃗⃗⃗⃗ (𝑡) − 𝑋 (𝑡)| là khoảng cách của con cá voi thứ i đến con mồi (giải ∗ pháp tốt nhất đến hiện tại)
• 𝑏 là hằng số xác định hình dạng của đường xoắn ốc logarit
• 𝑙 là số ngẫu nhiên trong khoảng [-1,1]
Cá voi lưng gù bơi xung quanh con mồi bằng cách thu hẹp vòng và di chuyển theo đường xoắn ốc đồng thời Để mô phỏng hành vi này, chúng ta giả định rằng xác suất lựa chọn giữa cơ chế thu hẹp vòng hoặc hình xoắn ốc là 50%, nhằm cập nhật vị trí của cá voi trong quá trình tối ưu hóa Mô hình toán học được thiết lập như sau:
Trong đó: 𝑝 là số ngẫu nhiên trong khoảng [0,1]
Hình 3.6 Cơ chế tấn công bubble-net (X* là giải pháp tốt nhất)
(a) Cơ chế khép vòng và (b) Cập nhật vị trí theo hình xoắn ốc
Bên cạnh phương pháp bubble-net, cá voi lưng gù tìm kiếm con mồi ngẫu nhiên
3.2.3 Tìm kiếm con mồi (exploration phase)
Cách tiếp cận dựa trên biến thiên của vector 𝐴 có thể áp dụng để tìm kiếm con mồi, như cá voi lưng gù thực hiện khi chúng tìm kiếm ngẫu nhiên dựa trên vị trí của những cá thể khác Chúng ta sử dụng vector 𝐴 với giá trị ngẫu nhiên lớn hơn 1 và nhỏ hơn -1 để thúc đẩy các cá thể tìm kiếm di chuyển xa khỏi cá voi tham chiếu Trong giai đoạn tấn công, vị trí của một cá thể tìm kiếm được cập nhật dựa trên một cá thể được chọn ngẫu nhiên thay vì cá thể tốt nhất đã tìm được cho đến thời điểm đó.
|𝐴 | > 1 nhấn mạnh cơ chế tìm kiếm và cho phép thuật toán cá voi thực hiện tìm kiếm toàn cục Mô hình toán như sau:
𝑋 (𝑡 + 1) = 𝑋⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ − 𝐴 𝐷 𝑟𝑎𝑛𝑑 ⃗⃗ (3.12) Trong đó: 𝑋⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑟𝑎𝑛𝑑 là vector vị trí ngẫu nhiên (một con cá voi ngẫu nhiên) được chọn từ quần thể hiện tại
Hình 3.7 Cơ chế tìm kiếm (X* là cá thể tìm kiếm được chọn ngẫu nhiên)
Thuật toán WOA khởi đầu với một tập hợp các giải pháp ngẫu nhiên, và trong mỗi vòng lặp, các cá thể tìm kiếm cập nhật vị trí của chúng dựa trên một cá thể ngẫu nhiên hoặc giải pháp tốt nhất hiện có Tham số 𝑎 giảm từ 2 xuống 0 để thực hiện việc tìm kiếm và tấn công con mồi Khi |𝐴| > 1, cá thể tìm kiếm ngẫu nhiên được chọn, trong khi khi |𝐴| < 1, giải pháp tốt nhất được sử dụng để cập nhật vị trí Tùy thuộc vào giá trị của 𝑝, WOA có thể chuyển đổi giữa di chuyển theo hình xoắn ốc hoặc theo đường tròn Cuối cùng, thuật toán kết thúc khi các tiêu chí đã được thỏa mãn.
Code của thuật toán WOA được trình bày ở Hình 3.8
Hình 3.8 Code giải thuật WOA
Khởi tạo quần thể cá voi Xi (i = 1, 2, …, n)
Tính toán sự phù hợp của mỗi cá thể tìm kiếm
X* = cá thể tìm kiếm tốt nhất
While (t < số vòng lặp tối đa) for mỗi cá thể tìm kiếm
Cập nhật các thông số a, A, C, l, và p if1 (p < 0,5) if2 ( |A| < 1)
Cập nhật vị trí của cá thể tìm kiếm hiện tại bằng pt (3.5)
Chọn một cá thể tìm kiếm ngẫu nhiên (Xrand) Cập nhật vị trí của cá thể tìm kiếm hiện tại bằng pt (3.12)
Cập nhật ví trí của cá thể tìm kiếm hiện tại bằng pt (3.9)
Kiểm tra nếu có bất kì cá thể tìm kiếm vượt ra khỏi không gian tìm kiếm và sửa nó
Tính toán sự phù hợp của mỗi cá thể tìm kiếm
Cập nhật X* nếu có một giải pháp tốt hơn t = t + 1 end while trả X*
Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật WOA
Tính toán hàm thích nghi của mỗi cá thể tìm kiếm và thu được cá thể tìm kiếm tốt nhất ban đầu
Cập nhật vị trí của cá thể tìm kiếm hiện tại theo công thức
Cập nhật vị trí của cá thể tìm kiếm hiện tại theo công thức
Cập nhật vị trí của cá thể tìm kiếm hiện tại theo công thức (3.5)
Các bước thực hiện WOA trong bài toán tái cấu trúc lưới điện:
- Bước 1: Nhập các thông số lưới điện (tổng trở đường dây, thông số phụ tải, khóa điện)
- Bước 2: Xác định không gian tìm kiếm, bao gồm số lượng khóa mở, không gian tìm kiếm của mỗi khóa mở và các thông số của giải thuật
- Bước 3: Khởi tạo quần thể ban đầu ngẫu nhiên với n cá thể cá voi (cấu hình lưới có thể có)
- Bước 4: Giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp Newton-Raphson với mỗi cá thể cá voi, tính toán tổn thất công suất
- Bước 5: Chọn ra kết quả tốt nhất X* hoặc Xrand
- Bước 6: Cập nhật các giá trị a, A, C, l, p cho mỗi cá thể cá voi
- Bước 7: Cập nhật vị trí của các cá thể cá voi khác theo giá trị X* hoặc Xrand
- Bước 8: Giải bài toán phân bố công suất và cập nhật giá trị X* hoặc Xrand
- Bước 9: Lặp lại bước 6 cho đến khi thỏa điều kiện ngừng lặp
Hình 3.10 Lưu đồ thực hiện giải thuật WOA trong bài toán tái cấu trúc lưới
Xác định không gian tìm kiếm, bao gồm số lượng khóa mở, không gian tìm kiếm của mỗi khóa mở và các thông số của giải thuật
Nhập thông số lưới điện
Chọn ra kết quả tốt nhất X* hoặc Xrand
Giải bài toán phân bố công suất và cập nhật giá trị X* hoặc Xrand. Đúng Sai
Khởi tạo quần thể ban đầu ngẫu nhiên với n cá thể cá voi
(cấu hình lưới có thể có).
Giải bài toán phân bố công suất bằng phương pháp Newton-Raphson với mỗi cá thể cá voi tính toán tổn thất công suất.
Cập nhật vị trí của các cá thể cá voi khác theo giá trị X* hoặc Xrand
Cập nhật các giá trị a, A, C, l, p cho mỗi cá thể cá voi
