ÁP DỤNG THUẬT TOÁN ĐOM ĐÓM BIT LƯỢNG TỬ CHO BÀI TOÁN TỐI ƯU VỊ TRÍ HỆ THỐNG LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG DỰA TRÊN TIÊU CHÍ ĐIỆN ÁP

I H C QU C GIA TP HCM TR NG I H C BÁCH KHOA TR N MINH M N ÁP D NG THU T TOÁN OM ịM BIT L NG T CHO BÀI TỐN T I U V TRÍ H TH NG L U TR N NG L NG D A TRÊN TIÊU CHÍ I N ÁP USING QUANTUM BIT FIREFLY ALGORITHM FOR OPTIMAL PLACEMENT OF BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM FOR MITIGATING VOLTAGE FLUCTUATION Chuyên ngành: K thu t n Mã s : 8520201 LU N V N TH C S TP H CHÍ MINH, tháng 07 n m 2022 CỌNG TRÌNH TR Cán b h NG C HOÀN THÀNH T I I H C BÁCH KHOA ậ HQG ậ HCM ng d n khoa h c: TS Hu nh Quang Minh (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v ch ký) Cán b ch m nh n xét 1: TS Tr n Hoàng L nh (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v ch ký) Cán b ch m nh n xét 2: TS D ng Thanh Long (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v ch ký) Lu n v n th c s đ c b o v t i Tr ngày 16 tháng 07 n m 2022 ng i h c Bách Khoa, HQG Tp HCM Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m: (Ghi rõ h , tên, h c hàm, h c v c a H i đ ng ch m b o v lu n v n th c s ) TS Lê K - Ch t ch H i đ ng TS Lê Th T nh Minh - Th kỦ H i đ ng TS Tr n Hoàng L nh - Cán b Ph n bi n TS D - Cán b Ph n bi n ng Thanh Long - y viên H i đ ng TS Nguy n H u Vinh Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá Lu n v n Tr ng Khoa qu n lý chuyên ngành sau lu n v n đ c s a ch a (n u có) CH T CH H I NG TR NG KHOA I N ậ I N T TR I H C QU C GIA TP HCM C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM NG c l p ậ T ậ H nh phúc I H C BÁCH KHOA Tp H Chí Minh, ngày ầ tháng ầ n m 2022 NHI M V LU N V N TH C S H tên h c viên: TR N MINH M N Ngày tháng n m sinh: 27/11/1997 Chuyên ngành: K thu t n I TÊN MSHV: 1970528 N i sinh: Tây Ninh Mã s : 8520201 TÀI Tên ti ng vi t: Áp d ng thu t tốn đom đóm bit l th ng l u tr n ng l ng d a tiêu chí n áp ng t cho tốn t i u v trí h Tên ti ng anh: Using Quantum Bit Firefly Algorithm for optimal placement of battery energy storage system for mitigating voltage fluctuation II NHI M V VÀ N I DUNG Tìm hi u v toán t i ph ng pháp gi i đ u BESS h th ng n phân ph i c tác gi th c hi n Tìm hi u v thu t tốn t i u đom đóm, đom đóm bit l ng t ph ng pháp c i ti n Xây d ng hàm m c tiêu d li u đ u vào tính tốn Áp d ng ph ng pháp t i u cho l i n IEEE 33 nút Áp d ng ph ng pháp t i u cho l i n th c t Trình bày, so sánh k t qu đ t đ c nh n xét III NGÀY GIAO NHI M V : 06/09/2021 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 22/05/2022 V CÁN B H CÁN B NG D N: TS HU NH QUANG MINH H NG D N TS HU NH QUANG MINH TR CH NHI M B MÔN ÀO T O TS NGUY N NH T NAM NG KHOA I N ậ I N T PGS TS H NG TU N i L IC M N u tiên, tơi xin bày t lịng bi t n sâu s c chân thành đ n t t c th y cô c a tr ng i H c Bách Khoa TP.HCM nói chung, c a khoa th y b mơn H th ng n nói riêng Nh ng ng i h i n– i n t ng d n, gi ng d y trang b cho nhi u ki n th c quý báu nh ng n m h c qua c bi t, xin chân thành c m n th y Hu nh Quang Minh dành th i gian quý báu c a đ h ng d n t n tình, t o u ki n thu n l i cho tơi q trình th c hi n đ tài Ngồi ra, tơi mu n g i l i c m n đ n th y Hu nh Qu c Vi t, th y Tr ng Hoàng Khoa – Khoa i n – i n t , b n Nguy n Chính Th y h tr tơi h t su t trình th c hi n đ tài C m n gia đình ng i thân h t lịng tin t ng t o cho tơi ni m tin vào cu c s ng, t o m i u ki n t t nh t t v t ch t đ n tinh th n đ tơi có th an tâm h c t p, hoàn thành t t nhi m v c a b n thân C m n t t c b n bè, nh ng ng i giúp đ tôi, nh ng ng i chia s ki n th c, t li u h u ích, c n thi t su t trình h c t p th c hi n đ án Trong trình th c hi n đ tài, nh ng h n ch v ki n th c, n ng l c c a b n thân, nên không th tránh kh i nh ng thi u sót Tơi hy v ng s nh n đ c nh ng l i khun, góp ý chân thành t th y đ tơi có th hồn thi n h n Tơi xin chân thành c m n quỦ th y cô! TP H Chí Minh, ngày ầ tháng 07 n m 2022 H c viên/ Tác gi TR N MINH M N ii TÓM T T LU N V N Vi t Nam h hóa th ch b ng n ng l ng đ n phát tri n b n v ng, t ng b c thay th n ng l ng ng tái t o, giúp gi m thi u tác đ ng tiêu c c đ n môi tr ng Thơng qua c ch khuy n khích phát tri n n m t tr i n gió c a Chính ph , bên c nh s phát tri n nhà máy n n ng l ng tái t o quy mô công su t l n đ c xây d ng, h th ng n m t tr i phân tán c ng chi m m t t tr ng l n c c u ngu n n hi n (ngu n phân tán) Các ngu n phân tán v n hành v i nh ng đ c tính ph thu c vào th i ti t gây m t s nh h ng nh t đ nh đ n l i n phân ph i (đi n áp, t n s , t n th t, n đ nh, ầ) H th ng l u tr n ng l nh h ng khí nén, pin nhiên li u tái sinh, ầ Trong đó, pin l u tr n ng l ng c s d ng r ng rãi nh t tính hi u qu tính kinh t mà mang l i Bài toán đ t yêu c u ph i t i u v s l đ tđ c s d ng nh m t gi i pháp đ h n ch ng ESS bao g m pin, siêu t n, bánh đà, b l u tr b m th y l c, b l u tr n ng l (BESS) đ ng (ESS) đ ng, v trí, dung l ng gi i pháp v n hành đ c hi u qu cao nh t tài s d ng thu t toán t i u om đóm (FA) k t h p v i ph ng pháp l ng t (QEA) đ gi i quy t v n đ nêu Hàm m c tiêu c a tốn t i u hóa chi phí t n th t h th ng, chi phí đ l ch n áp chi phí phát c a m cân b ng Ngoài tốn cịn xét đ n ràng bu c v n áp, công su t n p x c a BESS đ xây d ng hàm ph t K ch b n mô ph ng đ c xây d ng h th ng IEEE 33 nút m t h th ng n 110 kV v n hành th c t đ so sánh, đánh giá tính hi u qu c a thu t tốn t i u v n hành BESS h th ng n K t qu cho th y nh ng u m v BESS v n hành h th ng n có nhi u ngu n n ng l t tr i c a ng tái t o phân tán T n th t, đ l ch n áp đ dao đ ng công su t t i nút cân b ng gi m đáng k iii ABSTRACT Vietnam is moving towards sustainable development, gradually replacing fossil energy with renewable energy, helping to reduce negative impacts on the environment Through the Government's incentive mechanism for solar and wind power development, in addition to the development of large-scale renewable energy power plants built, distributed solar power systems also account for a large proportion in the current power source structure (distributed source) These distributed sources operate with weatherdependent characteristics that cause certain effects on the distribution grid (voltage, frequency, loss, stability, ) An energy storage system (ESS) is used as a solution to limit such effects ESS includes battery, supercapacitor, flywheel, hydraulic pump storage, pneumatic energy storage, regenerative fuel cell, etc In which, battery energy storage (BESS) is widely used due to its efficiency and economy The problem requires optimization in terms of quantity, location, capacity and operational solutions to achieve the highest efficiency The topic uses the Firefly Algorithm (FA) method in combination with the Quantum-Inspired Evolutionary Algorithm (QEA) method to solve the above problem The objective function of the problem is to optimize the system loss cost, voltage regulation cost and peak demand cost In addition, the problem also considers the constraints on voltage, charging and discharging capacity of BESS to build the penalty function The simulation scenario is built on the IEEE 33 bus system and a 110 kV power system in actual operation to compare and evaluate the effectiveness of the optimization algorithm and BESS operation in the power system The results show the outstanding advantages of BESS when operating in a power system with many distributed renewable energy generators Losses, voltage regulation and power at slack bus are significantly reduced iv L I CAM OAN Tôi xin cam đoan đ tài lu n v n công trình nghiên c u đ c l p d h is ng d n c a TS Hu nh Quang Minh Các n i dung tham kh o hoàn toàn b n than t đ c, d ch tài li u, t ng h p th c hi n Các trích d n tài li u tham kh o đ đánh d u theo danh sách tài li u tham kh o đ c trình bày c cu i báo cáo Các s li u, mô hình mơ ph ng đ tài hồn tồn xây d ng ch y th nghi m su t trình th c hi n lu n v n Tơi xin ch u hồn tồn trách nhi m n u có s thi u trung th c minh b ch trình th c hi n báo cáo H c viên/ Tác gi TR N MINH M N v Lu n v n Th c s GVHD: TS Hu nh Quang Minh M CL C CH NG M 1.1 U TV N 1.2 H NG TI P C N TÀI 1.3 PH M VI NGHIÊN C U 1.4 M C TIÊU NGHIÊN C U 1.5 N I DUNG NGHIÊN C U 1.6 ụ NGH A C A CH TÀI NG T NG QUAN 2.1 T NG QUAN V BÀI TOÁN T I U HịA BESS TRONG H TH NG I N PHÂN PH I 2.2 T NG QUAN V CÁC PH CH NG PHÁP GI I ĩ C ÁP D NG NG GI I THI U THU T TOÁN FIREFLY ALGORITHM 3.1 GI I THI U 3.2 BI U TH C C B N C A THU T TỐN FIREFLY ALGORIMTH 10 3.3 MƠ HÌNH T I U HịA D A TRÊN THU T TOÁN B Y OM ịM VĨ CÁC HÀM PH T 16 3.4 THU T TOÁN OM ịM V I L 3.5 M T S PH NG T 18 NG PHÁP C I TI N QUAN TR NG TRONG QUÁ TRÌNH PHÁT TRI N C A THU T TOÁN OM ịM 26 CH NG MƠ HÌNH CÁC PH N T 34 4.1 MƠ HÌNH H TH NG PIN L U TR 34 4.2 M NG I N IEEE 33 NÚT 36 4.3 CÔNG C MATPOWER 39 4.4 XÂY D NG HÀM M C TIÊU 45 H c viên: Tr n Minh M n vi Lu n v n Th c s CH GVHD: TS Hu nh Quang Minh NG ÁP D NG THU T TOÁN OM ịM CHO BÀI TOÁN T I U V TRÍ VÀ CƠNG SU T C A BESS 48 5.1 XÂY D NG K CH B N 48 5.2 XÂY D NG S THU T TOÁN 52 5.3 K T QU TÍNH TỐN 57 5.4 NH N XÉT, K T LU N 68 CH NG ÁP D NG THU T TOÁN OM ịM CHO H TH NG I N TH C T 69 6.1 XÂY D NG K CH B N 69 6.2 K T QU TÍNH TỐN 74 6.3 NH N XÉT, K T LU N 91 CH NG T NG K T 92 7.1 K T QU NGHIÊN C U ĩ T C 92 7.2 H N CH , THI U SÓT 92 7.3 H NG PHÁT TRI N C A TÀI 93 TÀI LI U THAM KH O 95 PH L C THÔNG S H TH NG I N KHU V C TR M BI N ÁP 220 KV PHAN THI T .105 PH L C K T QU MÔ PH NG H TH NG IEEE 33 BUS .111 PH L C K T QU MÔ PH NG H TH NG I N KHU V C TR M BI N ÁP 220 KV PHAN THI T .146 H c viên: Tr n Minh M n vii Lu n v n Th c s GVHD: TS Hu nh Quang Minh DANH SÁCH HÌNH V Hình 3.1 S di chuy n c a b y đom đóm 11 Hình 3.2 L u đ thu t tốn đom đóm 11 Hình 3.3 T i u hóa d a thu t tốn đom đóm hàm ph t 17 Hình 3.4 Bi u đ c c c a c ng xoay cho cá th Q-bit 20 Hình 3.5 S đ thu t toán c a ph ng pháp l ng t 21 Hình 3.6 S đ thu t tốn QBFA 25 Hình 4.1 Tr ng thái n p x c a BESS m t chu k 35 Hình 4.2 S đ m ng n IEEE 33 nút 37 Hình 4.3 a ch t i xu ng công c Matpower 40 Hình 4.4 Cài đ t đ ng d n cho Matpower 40 Hình 4.5 Matpower 4.1 sau cài đ t đ ng d n 41 Hình 4.6 Ki m tra công c Matpower sau cài đ t 41 Hình 4.7 Mơ hình nhánh 43 Hình 5.1 M ng n IEEE 33 bus bao g m ngu n phân tán 48 Hình 5.2 th cơng su t phát n hình ngu n n gió 24 gi 49 Hình 5.3 th cơng su t phát n hình ngu n n m t tr i 24 gi 50 Hình 5.4 th h s ph t i n hình mùa 24 gi 51 Hình 5.5 S đ thu t toán 53 Hình 5.6 Cơng su t phát t i bus chu k 24 gi 58 Hình 5.7 i n áp t i nút chu k 24 gi 58 Hình 5.8 Giá tr hàm m c tiêu ban đ u 59 Hình 5.9 K t qu hàm t i u chi phí gi a FA QBFA 60 Hình 5.10 K t qu hàm t i u chi phí t i nút gi a FA QBFA qua vịng l p 61 Hình 5.11 Công su t n p/x c a BESS 24 gi t i nút gi a FA QBFA 61 Hình 5.12 N ng l ng n p/x c a BESS 24 gi t i nút gi a FA QBFA 62 Hình 5.13 Cơng su t P t i nút đ t BESS nút gi a FA QBFA 62 Hình 5.14 K t qu hàm t i u chi phí t nút đ n nút 33 64 Hình 5.15 K t qu hàm t i u chi phí t i nút qua vòng l p 65 Hình 5.16 Cơng su t n p/x c a BESS 24 gi t i nút 65 Hình 5.17 N ng l Hình 5.18 i n áp H c viên: Tr n Minh M n ng n p/x c a BESS 24 gi t i nút 66 nút đ t BESS nút 66 viii Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 150 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 151 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 152 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 153 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 154 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 155 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 156 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 157 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 158 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 159 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 160 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 161 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 162 Lu n v n Th c s H c viên: Tr n Minh M n GVHD: TS Hu nh Quang Minh 163 PH N LÝ L CH TRÍCH NGANG - H tên: Tr n Minh M n - N m sinh: 27/11/1997 - N i sinh: Tây Ninh - a ch liên l c: E3/3 Tr nh Phong áng, p Tr ng Thi n, xã Tr ng Hòa, th xã Hòa Thành, t nh Tây Ninh QUÁ TRÌNH ÀO T O - 2015 – 2019: Sinh viên đ i h c t i Tr ng i h c Bách Khoa – i h c Qu c gia thành ph H Chí Minh, chuyên ngành K thu t i n - i n t , ch ng trình k s tài n ng - 2019 – 2022: H c viên cao h c t i Tr ng i h c Bách Khoa – i h c Qu c gia thành ph H Chí Minh, chuyên ngành K thu t n Q TRÌNH CƠNG TÁC - 07/2019 – 10/2021: K s t v n t i Công ty TNHH T v n Xây d ng n Hịa Bình - 11/2021 – nay: K s ph Nam ng th c t i Trung tâm i u đ H th ng n mi n ... s : 8520201 TÀI Tên ti ng vi t: Áp d ng thu t tốn đom đóm bit l th ng l u tr n ng l ng d a tiêu chí n áp ng t cho tốn t i u v trí h Tên ti ng anh: Using Quantum Bit Firefly Algorithm for optimal... DUNG Tìm hi u v toán t i ph ng pháp gi i đ u BESS h th ng n phân ph i c tác gi th c hi n Tìm hi u v thu t tốn t i u đom đóm, đom đóm bit l ng t ph ng pháp c i ti n Xây d ng hàm m c tiêu d li u đ... IEEE 33 nút - Xây d ng hàm m c tiêu d a tiêu chí n áp, t n th t, ph đ nh ph t i - Code matlab gi i toán t i u BESS dùng thu t toán FA QBFA - Áp d ng ph - ng pháp cho m t h th ng n v n hành th