ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o TIỂU LUẬN MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD PGS T S VŨ PHAN TÚ SVTH Phan Thông Minh Nhựt MSSV 2270107 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 N[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - TIỂU LUẬN MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GVHD: PGS T.S VŨ PHAN TÚ SVTH: Phan Thông Minh Nhựt MSSV: 2270107 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2022 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Lập lịch trình thiết bị để quản lý tải tối ưu Smart Home tích hợp lượng tái tạo “Thuật toán tối ưu hóa Cá voi” Tóm tắt: Nhu cầu phụ tải nhân tố quan trọng Hệ thống Điện Để tranh thiếu hụt cung cấp điện (tiêu thụ) nguồn điện sơ cấp (sản xuất) cần phải cân thời điểm Một khảo sát vào năm 2011 khu vực dân cư tiêu thủ khoảng 18% tổng lượng điện Nó nhu cầu điện (tiêu thụ) tăng mạnh tiệm cận với phần điện sản xuất Do viết tập trung vào việc ứng dụng việc lập lịch trình nhằm giảm chi phí giảm phụ tải vào đỉnh cách tăng đáp ứng từ phía nhu cầu nhà thơng minh tích hợp lượng tái tạo Thuật tốn “Cá voi” phát triển phần mềm MATLAB, giúp giảm chi phí tiêu thụ điện vào thời điểm tải đỉnh cách quản lý họạt động theo kiểm soát tiện ích sở thích người tiêu dùng Vấn đề tối ưu hóa giải cách sử dụng kỹ thuật Giải thuật tối ưu hóa “Cá voi” (WOA) Kết mơ cho thấy việc tối ưu hóa lịch trình thiết bị điện thơng qua Thuật tốn tối ưu hóa cá voi (WOA) giảm hóa đơn lên đến 40% khơng xem xét đến lượng tái tạo lên đến 53% lượng tái tạo xem xét theo Thời gian - Định giá sử dụng (TOU) Do đó, WOA sử dụng để lập lịch thiết bị gia đình cho chi phí điện (hóa đơn) giảm tải cao điểm GIỚI THIỆU Nhu cầu tải yếu tố nhạy cảm hệ thống điện Nhu cầu (tiêu dùng) cung cấp (sản xuất) phải liên tục cân để tránh thoát khỏi gián đoạn nguồn cung cấp (nhiễu loạn) với tất tiêu cực kỹ thuật, kinh tế hậu xã hội [1] Với phát triển nhanh chóng nhu cầu lượng, cơng ty tiện ích có xu hướng phát triển cơng suất phát điện chúng theo nhu cầu cao điểm thay cơng suất trung bình để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng [2] Thật không may, cách tiếp cận làm cho hệ thống điện sử dụng mức mơ hình tiêu dùng khách hàng ngày tăng thiếu trách nhiệm Ngồi ra, thúc đẩy tiện ích cơng ty đầu tư dài hạn khổng lồ vào nhà máy phát điện hầu hết thường dựa nguồn lượng truyền thống (thông thường) Như nhà máy điện - việc thâm dụng vốn - dẫn đến tăng phát thải Khí nhà kính (GHG) ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ trái đất, thay đổi thời tiết, mực nước biển mơ hình sử dụng đất [3] Để chuyển hướng từ hệ thống chưa sử dụng sử dụng tốt nguồn điện có sẵn tạo mà không cần phải lắp dựng nhà máy mới, công suất tạo cần sử dụng nhiều cách hiệu phải thận trọng để phân bổ nguồn lực sẵn có cách tối ưu [4] - [5] Dễ nhất, cách an toàn để cải thiện trận đấu cung cầu triển khai quản lý phụ tải thực hành nhiều tải khác nhau, cách giảm nhu cầu định hình lại hồ sơ tải Cách lý tưởng để kết hợp (cân bằng) cung cầu sử dụng tốt lực có Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học sẵn cách triển khai quản lý tải thực hành tải người tiêu dùng cách giảm nhu cầu định hình lại hồ sơ tải Mục tiêu quản lý phụ tải chuyển tải từ thời kỳ cao điểm đến thời kỳ thấp điểm để định hình lại cấu hình tải để giảm tổng chi phí điện Các nghiên cứu quản lý tải giúp cung cấp lượng kỹ sư hệ thống để tiết kiệm vận hành hệ thống cách sử dụng tốt công suất phát có Một khảo sát thực năm 2011 18% tổng lượng tiêu thụ khu vực dân cư [6] Vì lý này, báo nhắm mục tiêu lên lịch trình nhà thiết bị (HA) ngơi nhà thơng minh tích hợp với lượng tái tạo Các thiết bị nhà thông minh (SH) kết nối với mạng nội (HAN) để điều phối việc sử dụng điện địi hỏi ngơi nhà phải kiểm soát Trọng tải quản lý yếu tố quan trọng thiết yếu lưới điện thông minh (SG) để lên lịch cho thiết bị gia dụng (HA) cách thông minh Công nghệ đại đo sáng thông minh sở hạ tầng cho phép giao tiếp hai chiều nhà điều hành tiện ích người tiêu dùng tạo điều kiện (hỗ trợ) tùy chọn thích ứng với tải động Theo hướng này, chương trình đáp ứng nhu cầu (DR) cung cấp ưu đãi cho người tiêu dùng điện đáng kể, thường dạng phần thưởng tiền, để giảm tiêu thụ điện thời gian cao điểm DR diễn với thời gian nhanh, gần thời gian thực; dẫn đến hệ thống lưới điện ổn định giảm đáng kể chi phí phát điện CO2 khí thải [7] Lưới điện thơng minh (SG), cịn gọi lưới điện thơng minh lưới điện thông minh coi nguồn điện hệ lưới 2] Nó thay cũ, bẩn, không hiệu lưới điện dễ bị tổn thương Với công nghệ đại hệ thống điện, lý thuyết điều khiển, hệ thống thông tin liên lạc, lý thuyết thơng tin, dịng điện hai chiều thơng tin kích hoạt SG để cung cấp hệ thống điện tiên tiến với hiệu suất lượng cao ổn định cung cấp điện Đo sáng tự động giám sát thực SG, dựa lượng lớn số lượng đồng hồ thông minh cảm biến cài đặt suốt lưới điện, giao tiếp kết nối mạng công nghệ đảm bảo thu thập truyền liệu thời gian thực Trong hệ thống lưới điện thông minh (SG), tải quản lý yếu tố cần thiết để kiểm soát lượng hệ thống quản lý Thông qua quản lý tải chiến lược lưới điện thông minh (SG), giảm tải cao điểm thời kỳ cao điểm kiểm soát giá điện thống đạt thơng qua tham gia khách hàng vào nhà thông minh [8] - [14] Hiệu thâm nhập (tích hợp) hệ thống quang điện nhà dẫn đến giảm hóa đơn tiền điện (chi phí) nhu cầu cao điểm nhà xuất lượng vào lưới điện thông minh thời gian sản xuất loại lượng tái tạo (năng lượng mặt trời) nhiều nhu cầu nhà [15] - [17] NHÀ THÔNG MINH (Smart Home) “Smart Home thuật ngữ thường sử dụng để định nghĩa hộ gia đình sử dụng điều khiển gia đình để tích hợp hệ thống tự động hóa gia đình khác nơi cư trú” [18] Smart Home hệ thống điều khiển máy tính ngơi nhà thiết bị thiết lập để phản hồi tín hiệu từ nhà cung cấp Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học lượng để giảm sử dụng lượng họ lưới điện không ổn định từ phụ tải cao điểm nhu cầu, chí thay đổi số việc sử dụng lượng họ (năng lượng tiêu thụ) đến thời điểm có điện mức chi phí thấp Sự tham gia khách hàng điều quan trọng tính SH Thành phần cho phép đồng hồ thông minh, cầu nối nhà thông minh (SH) Lưới điện thông minh (SG) Đồng hồ thông minh không hoạt động với tư cách người thu thập liệu cho cơng ty tiện ích, họ đóng vai trò vai trò khác cho khách hàng lưới điện Về phía người tiêu dùng, đồng hồ thơng minh đóng vai trị điều khiển SH Ở SH tương lai, thiết bị trang bị khả giao tiếp kiểm soát đồng hồ thông minh thông qua hệ thống mạng nhà Các thiết bị thông minh triển khai với sơ đồ plug-and play với giao diện cụ thể Tất thơng tin hiển thị thơng qua điều khiển hình hiển thị bảng điều khiển Điều khiển SH cung cấp cho người dùng nhiều chức tùy chọn theo sở thích người dùng, chẳng hạn tiết kiệm lượng, giảm tổn thất, tiết kiệm tiền thấp carbon Tầm nhìn SH tương lai mơ tả Hình Với hệ tái tạo nhỏ lưu trữ lượng thiết bị, SH tương lai hoạt động hệ thống điện nhỏ lưới vi mô kết nối nhỏ (MG) [19] [27] Cũng thế, hệ thống phân phối DC / AC hỗn hợp thực hóa cải tiến tương lai SH để sử dụng nguồn DC nguồn điện xoay chiều Tóm lại, SH tương lai xe đánh giá cao hệ thống tích hợp có tính tự động hóa cao, khách hàng sở thích, carbon thấp hiệu lượng, mang lại cho nhiều tiện lợi, sức khỏe, thư giãn bền vững Hiệu việc tích hợp lượng tái tạo vào nhà thơng minh giúp giảm thiểu điện hóa đơn nhu cầu cao hộ gia đình xuất lượng cho lưới điện thông minh thời điểm lượng tái tạo sản xuất nhiều nhu cầu hộ gia đình [15] - [17] Thiết bị thông minh “Thuật ngữ 'Smart Appliance' liên quan đến thiết bị thông minh lưới điện đề cập đến việc đại hóa việc sử dụng điện hệ thống thiết bị gia đình để giám sát, bảo vệ tự động điều chỉnh hoạt động theo nhu cầu chủ sở hữu ”[28] Một số đặc điểm ghi nhận [28] bao gồm điều sau: Khả điều chỉnh nhu cầu lượng điện sử dụng Đưa lời nhắc cho người tiêu dùng để chuyển người dùng sang thời điểm ngày giá điện thấp Tự động "loại bỏ" giảm mức sử dụng dựa người tiêu dùng thiết lập nguyên tắc trước ghi đè thủ cơng Duy trì tính toàn vẹn hoạt động giúp ngăn ngừa chập chờn điện Khả người tiêu dùng làm hỏng tất lựa chọn hướng dẫn lập trình trước Phan Thơng Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Khả cho phép “sử dụng tồn lượng gia đình” cách tiếp cận phép người tiêu dùng phát triển hồ sơ sử dụng lượng riêng sử dụng liệu theo cách mang lại lợi ích tốt cho họ Hai lý để người tiêu dùng chấp nhận áp dụng thiết bị thông minh lợi ích kinh tế cho lý tiêu dùng môi trường, lý sau số tỷ lệ nhỏ người tiêu dùng người ủng hộ mơi trường có ý thức môi trường Hầu hết người tiêu dùng sẵn sàng chấp nhận chuyển sang thiết bị cho lợi ích kinh tế môi trường lợi nhuận [29] Để kích thích người tiêu dùng mua hàng thơng minh thiết bị, [29] đề xuất tiện ích nên cung cấp biểu giá hấp dẫn khách hàng ưu đãi khác để ảnh hưởng đến họ theo hướng Tất thiết bị thơng minh phân loại máy thu, phương tiện kiểm soát chúng thông qua máy phát làm 'điều khiển từ xa bàn phím' [18] Ví dụ, thiết bị cần BẬT TẮT, máy phát (điều khiển từ xa bàn phím), gửi tín hiệu (thơng báo) đến người nhận (thiết bị) dạng mã bao gồm cảnh báo cho hệ thống phát lệnh, phân loại số đơn vị cho thiết bị nhận lệnh mã chứa lệnh thực [18 ] Hình Nhà thơng minh tương lai QUẢN LÝ TẢI (LM) Định nghĩa quản lý tải mô tả Paracha Doulai (1998) phát biểu sau [30]: Quản lý tải định nghĩa tập hợp mục tiêu thiết kế để kiểm soát / sửa đổi trực tiếp gián tiếp mơ hình sử dụng điện (tiêu thụ) khác người tiêu dùng tiện ích để giảm nhu cầu tải cao điểm Đây kiểm soát sửa đổi giúp hệ thống cung cấp (tiện ích) để đáp ứng nhu cầu cách sử dụng tốt khả tạo truyền tải khả dụng [4], [31] Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Quản lý tải khơng nhằm mục đích giảm tổng thể tiêu thụ điện, thay vào tiếp cận (hoặc trả lời) kiểu tiêu dùng [4] Mục đích tải kỹ thuật quản lý giảm nhu cầu cao điểm xuống mức nhu cầu điện hàng ngày, theo mùa hàng năm [4] Các phương pháp giúp tiết kiệm hoạt động hệ thống cách sử dụng tốt hệ truyền tải có sẵn (mạng) dung lượng Chiến lược quản lý tải Làm đầy thung lũng, cắt đỉnh chuyển tải chiến lược quản lý tải sử dụng nhiều Ngoài cịn có Bảo tồn chiến lược, Tăng trưởng phụ tải chiến lược hình dạng tải trọng linh hoạt Các chiến lược trình bày giải thích ngắn gọn sau: Cắt đỉnh - giảm tải tối đa hệ thống Tải trọng xây dựng - lấp đầy thung lũng thời gian thấp điểm Chuyển tải - chuyển tải sang thời gian thấp điểm Tăng trưởng phụ tải chiến lược - tăng nhu cầu sử dụng cuối tiêu thụ dẫn đến tăng doanh số bán hàng vượt lấp đầy thung lũng Hình dạng tải linh hoạt - hợp đồng biểu giá cụ thể với khả kiểm soát linh hoạt trang thiết bị người tiêu dùng Hình Các chiến lược điều khiển tải Các biện pháp quản lý tải Các biện pháp quản lý tải phân loại thành trực tiếp gián tiếp Quản lý tải trực tiếp (điều khiển) dựa tiêu chuẩn công nghệ quy định tải nhu cầu cách chuyển trực tiếp thiết bị khác tắt Dịch vụ đạt u cầu trì mà khơng cần sử dụng điện liên tục Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Kiểm soát tải gián tiếp dựa quy định biện pháp kinh tế Biểu giá thuế cụ thể chế đưa để khuyến khích khách hàng để giảm tải nhu cầu thời gian cao điểm Phổ biến sau: Biểu giá theo thời gian sử dụng (TOU) Biểu giá TOU thực để phản ánh tiện ích cấu hóa đơn điện giá rẻ thời gian gian thấp điểm đắt thời gian cao điểm Cả tiện ích (nhà cung cấp) người tiêu dùng (người dùng cuối) hưởng lợi từ tỷ lệ TOU thiết kế thành cơng Hình Biểu giá điện theo thời gian sử dụng Biểu giá phụ tải gián đoạn (ILT) Biểu giá phụ tải gián đoạn cung cấp tỷ lệ khuyến khích cho trang phục mà họ nhận làm gián đoạn giảm thiểu (giảm) nhu cầu điện thời gian cao điểm hệ thống thời trạng khẩn cấp Các nhà hóa trang ký hợp đồng phụ tải gián đoạn với cơng ty tiện ích để giảm nhu cầu họ yêu cầu tính thiết thực Biểu giá có thành phần nhu cầu phụ tải (TLDC) Trong biểu giá có thành phần nhu cầu tải (TLDC), người dùng cuối (người tiêu dùng) thúc đẩy để trì nhu cầu tải thấp phần hóa đơn tiền điện phụ thuộc vào mức cao giá trị nhu cầu tải hàng ghi lại Định giá theo thời gian thực (RTP) Nguyên tắc RTP người tiêu dùng (người dùng cuối) giá liên kết với giá thị trường bán buôn RTP gọi định giá động Hiệu trưởng đặc điểm thời gian chi phí khơng đặt trước [33] Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Hình Biểu giá theo thời gian thực Giá đỉnh cao (CPP) CPP gọi kết hợp TOU RTP Nó sử dụng tỷ lệ nhất, tăng lên vào ngày chọn với dự đoán nhu cầu cao, nhằm mục đích giảm nhu cầu quan trọng Thơng thường, thơng báo tới trao cho khách hàng phép họ tự nguyện giảm lượng CPP ngày gọi Vào ngày CPP, khách hàng tham gia phải đối mặt với tối đa năm cao lần giá cao điểm bù lại so với mức bình thường cho ngày khơng có CPP (PG & E, 2007) Hình Biểu đồ giá điện đỉnh Đặt giá thầu bên cầu (DSB) Đặt giá thầu bên cầu tạo hội cho người dùng cuối chọn thời gian cách thức tham gia thời gian thực thị trường giao ngày Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Theo [34], quy trình cho phép khách hàng trả giá thị trường để loại bỏ tải, theo yêu cầu nhà điều hành thị trường, theo cách tương tự máy phát điện trả tiền để cung cấp PHẢN ỨNG NHU CẦU (DR) Đáp ứng nhu cầu (DR) hành động để giảm tải tình bất ngờ xảy đe dọa cân cung-cầu điều kiện thị trường xảy làm tăng chi phí cung ứng Từ quan điểm kỹ thuật, DR chủ yếu cách để đảm bảo giúp trì ổn định lưới điện hoạt động tối ưu đơn vị phát điện Kỹ thuật quan điểm bao gồm công cụ (cả thụ động hoạt động) để giảm nhu cầu tải thời gian cao điểm nhu cầu thời kỳ kiện khẩn cấp Piette (2005) nhấn mạnh ba cấp độ nhu cầu tự động hóa phản hồi sau [35]: Đáp ứng nhu cầu thủ công- liên quan đến thủ công tắt đèn thiết bị; cách tiếp cận sử dụng nhiều lao động Phản hồi bán tự động- liên quan đến việc sử dụng xây dựng hệ thống kiểm soát quản lý lượng cho đổ tải, nhân viên sở bắt đầu chiến lược giảm tải lập trình trước Đáp ứng nhu cầu hoàn toàn tự động - bắt đầu xây dựng sở vật chất thông qua việc tiếp nhận bên ngồi tín hiệu thơng tin liên lạc; chuyên gia thiết lập chiến lược giảm tải lập trình trước hệ thống tự động khởi tạo mà khơng có cần can thiệp người Các loại phụ tải hộ gia đình đặc điểm Các thiết bị dân dụng phân loại thành loại khác Các thiết bị nhóm thành ba danh mục cụ thể là; Tải trọng bản, tải trọng chuyển dịch tải trọng khơng thể dịch chuyển Bảng STT Loại Phân loại Tải Đồ gia dụng Có thể điều khiển Có thể thay đổi Máy giặt, Máy rửa chén, … Có thể điều khiển Có thể can thiệp Máy nước nóng, Tủ lạnh, … Có thể điều khiển Điều khiển thời tiết Máy lạnh, Máy sưởi, … Không thể điều khiển Phụ trợ TV, Máy tính bảng, Đèn, … Bảng Các loại tải phân loại tải Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Tải trọng Tải đề cập đến thiết bị vận hành liên tục ngày Ví dụ điều sở máy điều hịa khơng khí, lị sưởi điện, v.v Tải trọng thay đổi Tải không thay đổi thiết bị phải được BẬT cần thiết thay đổi khoảng thời gian làm việc Tải thay đổi Tải thay đổi đề cập đến thiết bị hồn thành nhiệm vụ khoảng thời gian ưu tiên, ví dụ: máy giặt, nước rửa chén, v.v Hơn nữa, thay đổi tải chia thành hai loại cụ thể gián đoạn tải trọng khơng gián đoạn [36] - [37] Tải gián đoạn-hãy tham khảo thiết bị khoảng thời gian rời rạc để hồn thành cơng việc xe đạp Ví dụ: máy nước nóng, tủ lạnh Tải khơng gián đoạn-đề cập đến thiết bị BẬT xác lần để hồn thành cơng việc Lợi ích quản lý tải Quản lý tải đáp ứng nhu cầu yêu cầu hy sinh tránh khỏi thoải mái tự người tiêu dùng Tuy nhiên, việc thực chiến lược LM DR cung cấp số kỹ thuật, kinh tế, mơi trường lợi ích xã hội Những lợi đáng kể thị trường điện [38] - [40]: Tăng hiệu kinh tế chung Giảm thiểu sức mạnh thị trường Cải thiện độ tin cậy hệ thống Giảm biến động giá (quản lý rủi ro) Giảm giá lượng trung bình cho tất người tiêu dùng Dịch vụ tiêu dùng Tác động môi trường Cải thiện đầu tư lưới điện truyền tải hiệu hoạt động Giảm tỷ suất lợi nhuận Cải thiện đầu tư mạng lưới phân phối hiệu LỊCH TRÌNH TỐI ƯU CỦA NGƠI NHÀ THÔNG MINH TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG Nhu cầu phụ tải tích lũy cho thiết bị phụ thuộc vào cách chúng lên lịch (sử dụng) theo thời gian Ví dụ, tất thiết bị khởi động lúc, trùng hợp nhu cầu cao để vượt qua mức tối đa giới hạn đơn vị phân phối điện áp dụng ảnh hưởng xấu đến hệ thống điện gia đình Do đó, việc sử dụng thiết bị phải phù hợp trải dài theo thời gian để giữ cho nhu cầu cao tối Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học thiểu chi phí sử dụng điện mức tối thiểu và, thoải mái không bị hy sinh Để giảm giá điện sử dụng lượng hiệu cung cấp lưới điện, người ta phải kiểm soát nguồn điện mơ hình tiêu thụ điện thay đổi thời gian thiết bị môi trường nhà thông minh Một thiết bị định nghĩa thay đổi thời gian mức tiêu thụ điện thời gian chuyển sang khoảng thời gian làm việc ưu tiên Đến giảm thiểu chi phí điện năng, nguồn điện dân dụng hệ thống quản lý thực thông qua lập kế hoạch thiết bị gia dụng Một kế hoạch lên lịch nhận việc sử dụng lượng các thiết bị xếp phù hợp với thời gian ngày nơi có giá điện tối thiểu Đồ gia dụng Năng lượng hàng ngày Khung khuyến nghị sử dụng ngày Máy sưởi 1100W 07:00-09:00; 300Wh 10:00; 200Wh Máy giặt 500W 12:00; 500Wh Bàn 400W 09:00; 500Wh 13:00; 300Wh Máy rửa chén 400W 12:00-14:00; 400Wh Máy sưởi 800W 09:00; 500Wh 14:00; 300Wh Bảng Bảng biểu khung khuyến nghị sử dụng cho đồ gia dụng ngày Cơng thức cho vấn đề Bài tốn quản lý phụ tải tối ưu tốn tối ưu hóa tuyến tính Nó bao gồm hàm mục tiêu tuyến tính xác định ràng buộc phi tuyến Bài toán quản lý tải tối ưu yêu cầu giải phương trình tuyến tính, mơ tả hoạt động tối ưu / an tồn mạng gia đình Bài tốn quản lý tải tối ưu chung biểu diễn dạng tốn tối ưu hóa có ràng buộc sau Trong đó: f (x) hàm mục tiêu, g (x) hàm ràng buộc bất đẳng thức, Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học h (x) hàm ràng buộc đẳng thức, x tập biến định Hàm mục tiêu Chức mục tiêu quản lý tải giảm thiểu tổng chi phí điện để vận hành thiết bị dựa 24 trước Thời gian sử dụng biểu giá (TOU) để giảm thiểu nhu cầu phụ tải cao điểm chức nhà Tổng chi phí điện hàm tiêu dùng cho cơng thức (1) sau: Trong đó: Nếu lưới điện thơng minh (SG) thêm vào, phương trình sau: sau: Nếu mơ-đun lượng mặt trời thêm vào, phương trình Trong đó: r suất hiệu suất pin mặt trời, 0,16 trình mơ PR tỷ lệ hiệu suất, khác biệt hiệu suất lượng lý thuyết thực tế 0,75 q trình mơ A diện tích mơ-đun quang điện m2 T hàng chiếu xạ gk biểu giá điện đầu vào theo giả định giá bán (feed-in tax) với chi phí điện (biểu giá TOU) từ lưới điện/tiện ích Ràng buộc hệ thống Hàm mục tiêu tải tối ưu quản lý chịu ràng buộc sau: Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Các pha tải thiết bị phải đáp ứng yêu cầu lượng Hệ số an toàn tải trọng Trong đó: i số thiết bị lên lịch, k khe thời gian khoảng thời gian định, j số số lượng giai đoạn tải liên quan đến thiết bị, ni tập hợp số liên tục pha tải liên quan đến thiết bị i, N tập hợp số lượng thiết bị để lập lịch trình, m số lượng khe thời gian tối đa có sẵn ngày, Pkij biến tải gán cho thiết bị tơi có tải pha j khe thời gian k, Ck biểu phí TOU khe thời gian k, biến định nhị phân Xkij có giá trị thiết bị thứ i có pha tải j khe thời gian k xử lý khác 0, Eij yêu cầu lượng cho thiết bị i với pha tải j khe thời gian k, tín hiệu đáp ứng nhu cầu khe thời gian THUẬT TỐN THƠNG MINH Thuật tốn tối ưu hóa cá voi (WOA) Thuật tốn tối ưu hóa cá voi (WOA) tiểu thuyết thuật tốn tối ưu hóa meta-heuristic lấy cảm hứng từ tự nhiên đề xuất SEYedali Mirjalili Andrew Lewis 2016 [41] - [43], bắt chước hành vi xã hội cá voi lưng gù Cá voi coi động vật thông minh (thông minh) với chuyển động Các Thuật tốn tối ưu hóa cá voi (WOA) lấy cảm hứng từ hành vi săn mồi độc đáo cá voi lưng gù [41] Thông thường, cá voi lưng gù thích săn bắt nhuyễn thể loài cá nhỏ gần mặt biển Cá voi lưng gù sử dụng phương pháp săn mồi đặc biệt độc đáo gọi phương pháp cho ăn lưới bong bóng Trong phương pháp này, chúng bơi xung quanh mồi tạo bong bóng đặc biệt dọc theo đường trịn hình [41] Mơ hình tốn học WOA mô Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học tả phần sau: (a) Bao vây mồi, (b) Lưới bong bóng phương pháp săn mồi, (c) Tìm kiếm mồi Hình Hành vi kiếm ăn lưới bong bóng cá voi lưng gù Bao vây mồi WOA hy vọng giải pháp ứng cử viên tốt mồi khách quan Những người khác cố gắng cập nhật vị trí họ hướng tới đại lý tìm kiếm tốt Các hành vi mơ hình hóa [41]: Trường hợp biểu thị vị trí giải pháp tốt vị trí véc-tơ Lần lặp ký hiệu t vec-tơ hệ số giảm trực tiếp từ xuống vectơ ngẫu nhiên [0, 1] Phương pháp săn lưới bong bóng Phan Thơng Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Trong phương pháp săn bắn này, có hai cách tiếp cận, tức là, Thu hẹp bao vây mồi cập nhật vị trí Xoắn ốc Thu hẹp vịng vây mồi Ở giảm từ xuống Ở đây, vị trí đặt giá trị ngẫu nhiên [−1, 1] Vị trí thu vị trí ban đầu vị trí tốt đại lý Cập nhật vị trí xoắn ốc Để bắt chước phương trình xoắn ốc chuyển động hình xoắn ốc sử dụng Khi săn mồi, cá voi bơi quanh mồi hai đường dẫn đồng thời Để cập nhật vị trí cá voi 50% xác suất lấy cho hai phương pháp [41] Trong đó: đại diện cho khoảng cách cá voi mồi (giải pháp tốt nhất) b số, l [−1, 1] P số ngẫu nhiên [0, 1] Tìm kiếm mồi Để có giá trị tối ưu tồn cầu, việc cập nhật thực với tác nhân tìm kiếm chọn ngẫu nhiên thay tốt đại lý cá voi ngẫu nhiên lần lặp lại Ký hiệu || biểu thị giá trị tuyệt đối Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Hình Code Pseudo Thuật toán WOA Dữ liệu đầu vào cho Tối ưu hóa cá voi đề xuất Thuật tốn (WOA) số lượng thiết bị theo lịch trình n, quy mô dân số cá voi N số lần lặp tối đa itmax Cá voi Thuật tốn tối ưu hóa (WOA) bắt đầu cách tạo quần thể ngẫu nhiên N giải pháp miền tìm kiếm [0, 100], vị trí, hàm phù hợp Fiti tính cách sử dụng phương trình (1) Sau chức thể dục Fbest cá voi tốt tương ứng vị trí ybest thu Dựa vào giá trị giảm tham số a từ xuống 0, giá trị hai tham số A C đánh giá, sau vị trí cá voi cập nhật dựa giá trị thơng số p Các bước trước lặp lại điều kiện dừng thỏa mãn Bước cuối cuối dịch giá trị thành nhị phân để thể việc chuyển đổi trạng thái đồ dùng Việc thực WOA mô tả lưu đồ Hình KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN Tối ưu hóa hóa đơn tiền điện sinh hoạt (Chi phí) khơng tích hợp lượng mặt trời PV Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học Tối ưu hóa đơn tiền điện sinh hoạt thực cách sử dụng Thuật tốn tối ưu hóa cá voi (WOA) phương pháp Phương pháp tối ưu hóa thực để lên lịch thời gian sử dụng năm (5) thiết bị khác với yêu cầu lượng hàng ngày khác điện thiết bị chọn mơi trường nhà thơng minh điển hình tóm tắt Bảng Một kịch xem xét cho mơ hình tiêu thụ lượng cho mục đích mơ thí nghiệm lập lịch trình ưu tiên khác làm việc mẫu thiết bị xem xét cho thí nghiệm Năm thiết bị coi thay đổi sức mạnh, có nghĩa việc tối ưu hóa xếp việc sử dụng lượng khác mà đảm bảo cung cấp tổng lượng Hình Lập lịch trình tối ưu cho thiết bị khơng có Solar PV thâm nhập mô-đun Để đánh giá hiệu việc tối ưu hóa phương pháp sử dụng Thuật tốn tối ưu hóa cá voi (WOA) kỹ thuật, điều quan trọng phải so sánh dân cư hàng ngày hóa đơn tiền điện dựa hóa đơn chi phí điện TOU phương pháp Bảng 3, tóm tắt chi phí điện cho thiết bị riêng biệt có khơng sử dụng phương pháp tối ưu hóa dựa biểu phí TOU Hơn nữa, đồ thị Hình 8, sử dụng MATLAB để hiển thị giá đưa phương thức toán dựa biểu phí TOU cho thiết bị tóm tắt liệu từ Bảng Biểu giá TOU: Biến động giá điện hàng Chi phí trước áp Chi phí sau áp Thiết bị dụng tối ưu hóa ($) dụng tối ưu hóa ($) Máy sưởi 0.099 0.091 Máy giặt 0.055 0.041 Bàn 0.032 0.032 Máy rửa chén 0.048 0.024 Máy sưởi 0.064 0.055 Tổng cộng 0.298 0.0243 Bảng So sánh chi phí mà khơng cần tích hợp PV Phan Thơng Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học trời Tối ưu hóa hóa đơn tiền điện dân dụng (Chi phí) với tích hợp lượng mặt Sau chứng minh hiệu chi phí việc sử dụng lập kế hoạch tối ưu với phương pháp (WOA) để giảm chi phí, khả sử dụng lượng mặt trời đánh giá bảng giá TOU sử dụng để lên lịch sử dụng năm khác đồ dùng Việc đánh giá chi phí thực so sánh chi phí cung cấp lượng cho thiết bị khơng có tối ưu hóa sử dụng tối ưu hóa kết hợp với nguồn lượng tái tạo sử dụng Bảng 4, tóm tắt phát Hình minh họa liệu biểu đồ Hình Lập kế hoạch tối ưu thiết bị với tích hợp mô-đun lượng mặt trời Biểu giá TOU: Biến Động Giá Điện Theo Giờ Chi phí trước áp Chi phí sau áp Thiết bị dụng tối ưu hóa ($) dụng tối ưu hóa ($) Máy sưởi 0.099 0.073 Máy giặt 0.055 0.039 Bàn 0.032 0.024 Máy rửa chén 0.048 0.021 Máy sưởi 0.064 0.039 Tổng cộng 0.298 0.196 Bảng So sánh chi phí với tích hợp PV Sau so sánh tối ưu hóa khác phương pháp chi phí tương đối chúng, điều cần thiết để phân biệt chi phí liên quan đến các phương pháp tối ưu hóa Ba cách tiếp cận khác kiểm tra cụ thể là: lập lịch trình tối ưu, tối ưu lượng mặt trời lập lịch trình tối ưu hóa xem xét thặng dư lượng mặt trời bán lại cho lưới điện Các phần trăm giảm chi phí hàng ngày xây dựng cho phương pháp liên quan đến kế hoạch lập kế hoạch mà Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học khơng cần tối ưu hóa Người ta cho giá bán lượng mặt trời trở lại lưới điện điện giá trị chi phí cho phương pháp định giá TOU Một tóm tắt chi phí khác mức giá phương pháp tối ưu hóa đưa Bảng bên Chi phí điện hàng ngày thiết bị ($) Định giá/Tối ưu hóa Bảng giá TOU Trước tối ưu hóa ($) 0.298 Tối ưu hóa khơng có PV ($) 0.234 Tối ưu hóa có PV ($) 0.196 Tối ưu hóa với PV 0.18 bán lượng ($) Bảng So sánh Tối ưu hóa Lập kế hoạch Kết luận Giảm tác động môi trường tăng Phát thải khí nhà kính (GHG) ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ trái đất, thay đổi thời tiết, mực nước biển, mơ hình sử dụng đất đáp ứng hiệu hiệu nhu cầu lượng (chi phí phụ tải đỉnh giảm) quan trọng để đạt tính bền vững Phương pháp WOA sử dụng để tối ưu hóa giảm chi phí hàng ngày chi phí điện thơng qua lập kế hoạch thiết bị Các tối ưu hóa lịch trình thực tương ứng phương thức toán Thời gian sử dụng (TOU) tùy theo loại hình giá điện có biến động Hơn nữa, việc tối ưu hóa thực hai cách, tức tối ưu hóa mà khơng cần tích hợp lượng mặt trời tối ưu hóa tích hợp với lượng mặt trời Các kết mô cho thấy việc tối ưu hóa lập lịch thiết bị điện thơng qua Whale Optimization Thuật tốn (WOA) giảm hóa đơn tới 40% khơng có lượng tái tạo xem xét lên đến 53% lượng tái tạo xem xét Định giá theo thời gian sử dụng (TOU) Đồng thời, để đạt hiệu thuật toán, WOA cho thấy áp dụng cho lập lịch trình thiết bị gia đình cho điện chi phí (hóa đơn) giảm tải cao điểm Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Phương pháp nghiên cứu khoa học NHÌN NHẬN *Tài liệu tham khảo: International Energy Journal Appliance Scheduling for Optimal Load Management in Smart Home Integrated with Renewable Energy by using Whale Optimization Algorithm by Hussein Swalehe*, and Boonriang Marungsri Phan Thông Minh Nhựt - 2270107 h