(Luận văn thạc sĩ hcmute) tìm hiểu bài toán về tái cấu trúc lưới điện phân phối và các hàm mục tiêu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU HÙNG PHONG TÌM HIỂU BÀI TỐN VỀ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC HÀM MỤC TIÊU NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU HÙNG PHONG TÌM HIỂU BÀI TỐN VỀ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC HÀM MỤC TIÊU NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HỮU HÙNG PHONG TÌM HIỂU BÀI TỐN VỀ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC HÀM MỤC TIÊU NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG VIỆT ANH Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC Họ tên: Nguyễn Hữu Hùng Phong Ngày, tháng, năm sinh: 08/03/1982 Nơi sinh: Cần Thơ Địa liên lạc: 118/9/36 Trần Phú, phường Cái Khế, quận Ninh Kiều, thành phố Cần Thơ QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 2000 2005: học đại học trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, chuyên ngành: Điện – Điện tử Từ năm 2012 đến nay: học cao học trường Đại học SPKT TP.HCM,chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện (mở Cần Thơ) Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ ngày 28/02/2006 đến 31/12 /200 8: Côn g ty Cổ phần Phân Bón & Hóa Chất Cần Thơ Từ năm 01/2009 đến 05/ 2014 :Văn Phòng Luật Sư Số Thành Phố Cần Thơ Luan van LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 04 năm 2014 (Ký tên ghi rõ họ tên) Luan van LỜI CẢM TẠ Để hồn thành luận văn tốt nghiệp này, tơi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh tận tình truyền đạt, trang bị kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho trình học cao học trường Đặc biệt, tơi xin chân thành cảm ơn đến Thầy TS Trương Việt Anh người tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, quan, đồng nghiệp bạn bè giúp đỡ cho nhiều, tạo cho tơi niềm tin nỗ lực cố gắng để hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn ! Tp Hồ Chí Minh, tháng 05/2014 Học viên thực Luan van TÓM TẮT NỘI DUNG TÓM TẮT Luận văn trình bày phương pháp sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO) để xác định khoá điện mở vận hành lưới phân phối Mục tiêu tốn giảm tổn thất cơng suất tác dụng cải thiện điện áp nút Để đánh giá giải thuật, mạng điện 16 nút, 33 nút 69 nút mô phỏng, kết so sánh với số nghiên cứu đề xuất Kết mô chứng tỏ giải thuật PSO giải thuật tối ưu có nhiều ưu điểm ứng dụng tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối ABSTRACT This thesis presents a method of using Particle swarm optimization algorithm (PSO) to determine the open switches in the distribution The main objective of the study is to reduce power loss and improve the voltage quality at the nodes To evaluate the algorithms, the power network 16 nodes, 33 nodes and 69 nodes are presented , results are compared with a number of studies have published Simulation results have demonstrated that the PSO algorithm optimization algorithms have many advantages that can be applied in the reconfiguration distribution networks Luan van MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ luận văn 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Điểm luận văn 1.6 Giá trị thực tiễn 1.7 Bố cục luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1 Đặc điểm lưới phân phối 2.1.1 Ảnh hưởng đến tiêu kinh tế- kỹ thuật hệ thống điện 2.1.2 Cấu trúc lưới điện 2.2 Thực trạng lưới điện phân phối Việt Nam 2.3 Các tốn tái cấu trúc lưới điện góc độ vận hành 2.4 Tổng quan phương pháp tái cấu trúc lưới điện giảm tổn thất công suất 10 2.4.1 Giải thuật Merlin Back- kỹ thuật vịng kín 11 2.4.2 Giải thuật Civanlar cộng - kỹ thuật đổi nhánh 13 Luan van 2.4.3 Giải thuật di truyền 15 2.4.4 Giải thuật đàn kiến 17 2.4.5 Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo 19 2.4.6 Hệ chuyên gia 20 2.4.7 Phương pháp tìm kiếm TABU 21 2.4.8 Phương pháp bầy đàn 22 CHƯƠNG 3: THUẬT TỐN ĐỀ NGHỊ 3.1 Bài tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất 24 3.2 Xây dựng giải thuật tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất 26 3.3 Kiểm tra giải thuật 31 3.3.1 Mạng nguồn 16 nút 31 3.3.2 Mạng 33 nút 35 3.3.3 Mạng 69 nút 40 3.3.4 Hệ thống khu vực Sông Hinh – Phú Yên 45 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận 50 4.2 Hướng phát triển đề tài 50 Luan van DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT Lưới điện phân phối LĐPP Giải thuật di truyền (Genetic algorithm) GA Giải thuật đàn kiến (Ant colony algorithm) ACS Phương pháp hệ thần kinh nhân tạo (Artificial Neural Network) ANN Phương pháp tìm kiếm TABU (Tabu Search Method) TS Phương pháp bầy đàn (Particle Swarm Optimization) PSO Luan van Chương 3: Phương pháp tiếp cận GVHD: TS Trương Việt Anh SO Ð? NGUYÊN LÝ XT 477 / SHo 100 An Hòa 100 Bơm Tuy Bình 89 25 (Cắt) T.708 Đến XT 471/A20 100 Đức Hieäp AC95 32 03 AC95 909 31,5 100 148 AC70 948 149 703 10 T.725 TĐC EaLâm T.756 Buôn Chao Buôn Bai 25 40 Tân Sơn Tân Lập 31,5 28 2AC50 57 1558 29 T.754 T.744 Taân Sơn 1 37,5 2AC70 27 2898 Cấp nước EaLy T.746 T.718 T.741 50 T.760 Thoân 2/4-1 417 25 Laøng Giao 03 50 401 385 T.755 371 AC50 1271 369 250 Tân Yên T.761 Mỏ đá Nhất Lam AC70 150 22 T.740 75 38 Buoân Zoâ EALY AC50 1193 21 (TBA: , ) 41 291 T.750 25 10 Buôn Chung Chư Plôi 347 321 AC50 3018 1x25 Taân An T.758 309 AC70 38 40 T.734 Nghiền đá 160 thị trấn T.714 271 32 T.717 T.730 160 Phúc Trường Thịnh 364 362 T.719 50 Bắc Sơn 14 T.751 560 Đá Granit HAGL 2AC70 465 AC70 3260 67 50 2AC70 1226 AC70 433 2674 AC70 2748 473 2AC70 959 AC70 123 488 50 705 226 T.739 Chư Blôi TĐC Buôn Chao Tân Yên T.742 50 702 (FCO) 222 TĐC Buôn Bầu C41-SHo T.713 Khóm 50 31,5 59 477 477B 220 T.748 Tân Sôn T.753 282 181 208 52 AC70 209 2AC70 379 85 2AC70 65a 1887 AC70 AC70 12 AC70 52 1384 32 979 2966 701 50 T.743 2AC50 1833 31,5 T.720 28a T.745 Tân Bình EABÁ (TBA: , ) 15 10 30 T.721 AC70 54 446 T.749 148a UBND Xã EaLâm Buôn Giao 65 133 AC70 71 8879 100 Thoân 2AC70 1525 T.727 15 50 AC50 1941 T.728 T.723 50 AC50 2902 196 165 T.724 477-76 AC70 180 48 T.712 3x100 Buôn Bá UBND Xã EaBá 32 15 Buôn Học Buôn Bai AC95 AC95 430 2AC50 182 2AC50 1315 1170 165a T.729 Bưu điện T.726 AWBCC95 461 Buôn Bưng 50 Ba Bản (Sơn Hòa) (TBA: , ) AC70 179 170 429 4071 160 Lê Lợi 30 100 EALAÂM (TBA: , ) AC70 164 154 520 T.733 T.710 T.757 Ba Nguyeân AC95 140 137 103 2a 50 Dốc Quýt (Sơn Hòa) TT HAI RIÊNG 17 100 100-7 160 Bôm EaDin 10a AC70 819 100 11 10 37,5 Buôn Bách 4a T.752 100 308 Buôn Trinh 31 T.735 Đội 2-EaKeng 25 29 T.715 T.736 41 25 Đội T.737 T.716 UBND Xã EaBar T.747 250 NT Cà phê EaBá 53 25 EABAR (TBA: , ) 100 T.731 T.702 31,5 Suối Mây T.711 102 117 Thôn 2/4-2 T.732 Quang Duø (TBA: , ) 37 AC95 2817 T.701 88 ĐỨC BÌNH TÂY Bơm Bến Trâu 52 AC95 2000 Ðo d?m ranh gi?i Son Hịa - Sơng Hinh 2AC70 4239 50 AC95 1000 Sông Hinh qu?n lý t? c?t 58 AC70 50 100 Đồng Phú T.709 T.759 58 AC95 2762 85 AC70 1552 107 100 Tuy Bình 84 704 (FCO) AC70 400 AC70 860 T.705 84a AC70 1629 T.722 AC70 7200 AC70 1247 78a 22 AC70 918 T.703 AC50 1458 160 36 AC70 1150 57 T.704 AC70 524 T.707 Bơm Chí Thán 61 AC70 925 AC70 410 104 78 AC70 1075 AC70 877 83 2AC70 4167 AC70 90 17 AC95 900 180 AC95 4186 T.706 Chí Thán CV35 40 90a TĐCõ EaBar 1x25 Đội 72 T.738 25 Đội Tân An Hình 3.17 Sơ đồ xuất tuyến 477/SHo Căn vào vị trí thiết bị phân đoạn hữu, hệ thống phân chia thành 11 khu vực phụ tải hình 3.18 Hình 3.18 Sơ đồ khối hệ thống lưới điện Sông Hinh Sau thực hiên tái cấu trúc giải thuật đề xuất, thu cấu hình vận hành lưới điện có tổn thất giảm 20.5% so với cấu hình ban đầu (bảng 3.8): Trang 48 Luan van Chương 3: Phương pháp tiếp cận GVHD: TS Trương Việt Anh Bảng 3.8: So sánh kết Phương án cải tiến với lưới điện hữu Phương pháp Tổn thất (kW) Khóa mở Ban đầu 832.7 + j 856.8 DS 100-7 PSO 661.7 + j 624.2 LBS 103 Phần mềm PSS Adept 661.7 + j 624.2 LBS 103 Trang 49 Luan van Chương 4: Kết Luận GVHD: TS Trương Việt Anh CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 KẾT LUẬN Luận văn tiếp cận toán tái cấu trúc lưới điện phân phối với mục tiêu giảm tổn thất công suất lưới điện nâng cao chất lượng điện áp nút phụ tải Giải pháp tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm tổn thất công suất luận văn giải giải thuật tối ưu bầy đàn PSO để tìm cách mở khóa điện cho tối ưu dựa hàm mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất Từ kết việc áp dụng thử nghiệm giải thuật vào hệ thống mạng nguồn 16 nút, mạng nguồn 33 nút, 69 nút, rút số kết luận sau:  Ưu điểm giải thuật đơn giản, cấu trúc sau chuyển tải tốt cấu trúc ban đầu cấu trúc tối ưu  Giải thuật đề nghị có tính tốn đơn giản, phù hợp với lưới điện từ đơn giản đến phức tạp, có tính khả thi cao áp dụng cho lưới điện phân phối Việt Nam  Luận văn xây dựng chương trình Matlab tổng quát ứng dụng giải thuật đề nghị để giải ví dụ việc tái cấu trúc lưới điện phân phối 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Từ hạn chế giải thuật đề nghị, xin đề xuất số hướng phát triển đề tài sau:  Nghiên cứu, hồn thiện thuật tốn giải toán giảm tổn thất điện  Nghiên cứu bổ sung thêm mục tiêu giảm chi phí: xét toán kinh tế bao gồm giảm tổn thất điện năng, chi phí thao tác đóng/ngắt khóa điện, chi phí hư hao thiết bị Sau cùng, cố gắng, thời gian kiến thức Trang 50 Luan van Chương 4: Kết Luận GVHD: TS Trương Việt Anh cịn hạn hẹp dẫn đến luận văn khơng thể tránh sơ suất, thiết sót, kính mong hội đồng giám khảo, thầy cô bạn bè đồng nghiệp nhiệt tình đóng góp ý kiến để luận văn tăng thêm giá trị khoa học thực tiễn Xin chân thành cảm ơn Trang 51 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rung-Fang Chang, Ya-Chin Chang and Chan-Nan Lu “Feeder Reconfiguration for Accomodating distributed Generations Interconnection” [2] R Srinivasa Rao, S.V.L Narasimham, M Ramalingaraju ” Optimization of Distribution Network Configuration for Loss Reduction Using Artificial Bee Colony Algorithm” Word Academy of Science, engineering and technology, 45 2008 [3] Divya M, Bindu R “Simultaneous Network Reconfiguration and Capacitor Placement for Loss Reduction of Distribution Systems by Ant Colony Optimization Algorithm” International Journal of Advances in Electrical and Electronics Engineering [4] Yuan-Kang Wu, Member, IEEE, Ching-Yin Lee, Le-Chang Liu, and Shao-Hong Tsai “Study of Reconfiguration for the Distribution System With Distributed Generators” IEEE Transactions on power delivery, vol 25, no 3, july 2010 [5] Joon-Ho Choi, Jae-Chul Kim “Integration Operation of Dispersed Generations to Automated Distribution Networks for Network Reconfiguration” in Proc IEEE Power Technology Engineering Conf., Bologna, Italy, 2003, vol 4, pp 2363–2367 [6] J Kennedy and R Eberhart Swarm Intelligence Morgan Kaufmann Publishers, Inc., San Francisco, CA, 2001 [7] A.Merlin and H Back, "Search for a minimal-loss operating spanning tree configuration in an urban power distribution system," Proc 5th Power System Computation Conference (PSCC), Cambridge, UK, 1975, pp.1-18 [8] D.Shirmohammadi and H W Hong, “Reconfiguration of electric distribution for resistive line loss reduction,” IEEE Trans Power Del., vol 4, no 2, pp 1492–1498, Apr 1989 Luan van [9] S.Civanlar, J J Grainger,H.Yin, and S S H Lee, “Distribution feeder reconfiguration for loss reduction,” IEEE Trans Power Del., vol 3, no.3, pp 1217–1223, Jul 1988 [9] M.E Baran and F F.Wu, “Network reconfiguration in distribution systems for loss reduction and load balancing,” IEEE Trans Power Del., vol 4, no 2, pp 1401–1407, Apr 1989 [10] Goswaini, S K and S K Basu, “A New Algorithm for the Reconfiguration of Distribution Feeders for Loss Minimization”, IEEE Transactions on Power Delivery, 7-3, July 1992, pp 1484- 1491 [11] W.M Liu, Chin H.C and Yu G.J "An Effective Algorithm for Distribution Feeder Loss Reduction by Switching Operations", IEEE Trasmission and Distribution Conference 1999 [12] P V V Rama Rao and S Sivanagaraju, “Radial Distribution Network reconfiguration for Loss Reduction and Load Balancing using Plant Growth Simulation Algorithm”, International Journal on Electrical Engineering and Informatics - Volume 2, Number 4, 2010 [13] W.M Lin and H.C Chin, “A New Approach for Distribution Reconfiguration for Loss Reduction and service Restoration”, IEEE trans On Power Delivery, Vol 13, No 3, July 1998 [14] Ray Daniel Zimmerman “ Network Reconfiguration for loss Reduction In Three Phase Power Distribution Systems”, 1992 [15] H M Khodr, Member, IEEE, M A Matos, Member, IEEE, and J Pereira “Distribution Optimal Power Flow”, febuary 2004 [16] Flávio Vanderson Gomes, Member, IEEE, Sandoval Carneiro, Jr., Senior Member, IEEE, Jose Luiz R Pereira, Senior Member, IEEE, Marcio Pinho Vinagre, Paulo Augusto Nepomuceno Garcia, Member, IEEE, and Leandro Ramos de Araujo, “A New Distribution System Reconfiguration Approach Using Optimum Power Flow and Sensitivity Analysis for Loss Reduction”, IEEE Transaction on Power Delivery, Vol 21, No 4, November 2006 Luan van [17] T.Q.D.Khoa, member IEEE and P.T.T Binh “A Hybrid Ant Colony Search Based Reconfiguration of Distribution Network for Loss Reduction” 2006 IEEE PES Transmission and Distribution Conference and Exposition Latin America, Venezuela [18] Anastasios G Bakirtzis, Senior Member, IEEE, Pandel N Biskas, Student Member, IEEE, Christoforos E Zoumas, Student Member, IEEE, and Vasilios Petridis, Member, IEEE, Optimal Power Flow by Enhanced Genetic Algorithm, IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS, VOL 17, NO 2, MAY 2002 [19] Jaswanti and T Thakur “ A New Heuristic Network Reconfiguration Algorithm for Radial Distribution System”, 2008 [20] Báo cáo Công ty điện lực Sông Hinh – Phú Yên năm 2009-2012 Luan van Phụ lục function [gBestScore,gBest,GlobalBestCost]=PSO(Benchmark_Function_ID,n,iteration,b usdata, line1) [low,up,dim]=benchmark_functions_details(Benchmark_Function_ID);%define the boundary and dimension of the benchmark function current_fitness =zeros(n,1); gBest=zeros(1,dim); gBestScore=inf; Pbestt=zeros(1,dim); for i=1:n pBestScore(i)=inf; end pBest=zeros(n,dim); G0=1; current_position = rand(n,dim).*(up-low)+low; problem's boundary velocity = 3*randn(n,dim) ; % gravitational constant %initial positions in the C1=0.5; %C1 in Equation (9) C2=1.5; %C2 in Equation (9) %%main loop iter = ; % Iterations’ counter while ( iter < iteration ) iter = iter + 1; disp(iter); % khoi tao tap khoa ban dau for i = 1:n fitness=0; Tp=current_position(i,:)>up;Tm=current_position(i,:)4 current_position(i,1)=4; end if current_position(i,2)>3 current_position(i,2)=3; end if current_position(i,3)>5 current_position(i,3)=5; end if current_position(i,:)fitness) pBestScore(i)=fitness; pBest(i,:)=current_fitness(i,:); Pbestt=current_position(i,:); end %cap nhat gia tri cua quan the if(gBestScore>fitness) gBestScore=fitness; gBest=current_position(i,:); end end GlobalBestCost(iter)=gBestScore; GlobalBestCost(iter); %cap nhat gia tri cuar w w = 0.9 - (0.9-0.4)*iter/(iteration) ; for i=1:n for j=1:dim %Equation(9) velocity(i,j)=w*velocity(i,j)+C1*rand()*(Pbestt(j)current_position(i,j)) + C2*rand()*(gBest(j)-current_position(i,j)); %velocity(i,j)=1.2*velocity(i,j)+C1*rand()*(Pbestt(j)current_position(i,j)) + C2*rand()*(gBest(j)-current_position(i,j)); end end %Equation (10) current_position = current_position + velocity; end end %CHUONG TRINH TINH TOAN PHAN BO CONG SUAT function [phong]=main_power(X, busdata, line1) deltaP=0; %clear basemva = 100; accuracy = 0.001; accel = 1.8; maxiter = 100; clear t2 clear t4 clear tonthat; %disp(X); t4=length(X); sw=decode_switch(X); %disp('cac khoa mo tuong ung'); %disp(sw) for t1=1:t4 for t3=1:length(line1(:,1)) if line1(t3,8)==sw(t1) Trang 53 Luan van line1(t3,7)=0; end end end % -line0=line1; clear linedata j=1; for i=1:length(line0(:,1)) if line0(i,7)==1 linedata(j,:)=line0(i,:); j=j+1; end end % -warning('off','MATLAB:dispatcher:InexactCaseMatch'); linedata; lfybus; % form the bus admittance matrix %lfgauss % Load flow solution by Gauss-Seidel method lfnewton; %busout; % Prints the power flow solution on the screen lineflow; % Computes and displays the line flow and losses deltaP; phong=deltaP*1000; % % This program obtains th Bus Admittance Matrix for power flow solution Copyright (c) 1998 by H Saadat j=sqrt(-1); i = sqrt(-1); nl = linedata(:,1); nr = linedata(:,2); R = linedata(:,3); X = linedata(:,4); Bc = j*linedata(:,5); a = linedata(:, 6); nbr=length(linedata(:,1)); nbus = max(max(nl), max(nr)); Z = R + j*X; y= ones(nbr,1)./Z; %branch admittance for n = 1:nbr if a(n)