Tái cấu trúc để giảm tổn thất công suất tác dụng trong lưới điện phân phối

CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1Đặt vấn đề Trong lưới điện phân phối, phụ tải ngày tăng lên, cấu trúc lưới lại không thay đổi Từ làm cho tổn thất của lưới điện tăng lên giữ nguyên cấu trúc Theo thống kê Điện Lực Việt Nam, tổn thất lượng lưới điện phân phối đo từ 7% - 8% so với 2% - 3% lưới điện truyền tải Việc giảm tổn thất cho mạng phân phối việc làm có ý nghĩa, cần giảm 1% tổn thất điện có giá trị lớn Việc giảm tổn thất điện góp phần làm giá thành điện giảm, dẫn đến hạ giá thành sản phẩm khác có sử dụng điện để sản xuất sản phẩm thúc đẩy kinh tế phát triển, nhu cầu phục vụ dân sinh ngày cao Tuy nhiên, việc giảm tối thiểu điện lúc đồng nghĩa với việc đạt kết cao việc vận hành kinh tế mạng phân phối Nó tùy thuộc vào đặc điểm riêng mạng phân phối Do đó, việc nghiên cứu biện pháp giảm tổn thất điện lưới điện phân phối môt nhu cầu mang tính xúc cao hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế Việc thảo luận giảm thiểu tổn thất hệ thống phân phối nhận nhiều ý giá thành điện cao Do đó, nhiều nghiên cứu hệ thống phân phối tự động tập trung vào vấn đề cấu hình tối thiểu tổn thất Theo nhiều tài liệu nghiên cứu, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất trình phân phối điện như: bù công suất phản kháng, nâng cao điện áp vận hành lưới điện phân phối, cân phụ tải, tăng tiết diện dây dẫn,… Tuy biện pháp mang tính khả thi kỹ thuật lại tốn nhiều chi phí đầu tư lắp đặt thiết bị ban đầu Trong đó, biện pháp tái cấu trúc lưới điện thông qua cách đóng/mở cặp khóa điện có sẵn lưới điện giảm đáng kể tổn thất điện mà không cần nhiều chi phí cải tạo lưới điện Không dừng lại mục tiêu giảm tổn thất điện năng, tái cấu trúc lưới điện phân phối nâng cao độ tin cậy cung cấp điện hay khả tải lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới, giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị điện có cố hay cần sữa chữa đường dây 1.2Mục tiêu nhiệm vụ luận văn Mục tiêu luận văn nghiên cứu vấn đề: “Tái cấu trúc để giảm tổn thất công suất tác dụng lưới điện phân phối” Luận văn giải nhiệm vụ sau: − Nghiên cứu vấn đề tái cấu trúc lưới điện − Thành lập mô hình toán học cho toán tái cấu trúc LĐPP kết nối − DG có kết nối DG Xây dựng hàm mục tiêu, áp dụng giải thuật PSO để tìm cấu trúc tối ưu cho − − toán tái cấu trúc Áp dụng giải thuật cho lưới điện mẫu 16 nút, 33 nút 69 nút Áp dụng phần mềm PSS/ADEPT giải toán tái cấu trúc 1.3Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu luận văn tập trung vào toán: “Tái cấu trúc để giảm tổn thất công suất tác dụng lưới điện phân phối” 1.4Phương pháp giải toán Phương pháp giải toán gồm bước: − − Xây dựng hàm mục tiêu F cực tiểu tổn thất công suất LĐPP Xây dựng giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO – Particle Swam Optimization) để tìm cấu − trúc tối ưu theo hàm mục tiêu F Sử dụng phần mền PSS/ADEPT để tính toán kết số 1.5Giá trị thực tiễn luận văn Khi xây dựng giải thuật tái cấu trúc LĐPP cho kết phù hợp, luận văn chứng minh lưới điện có cấu trúc thích hợp giảm tổn thất công suất từ giảm chi phí vận hành góp phần giảm giá thành tiền điện cung cấp đến khách hàng sử dụng điện 1.6Bố cục luận văn Nội dung Luận văn bao gồm chương sau: Chương 2: TỔNG QUAN VỀ TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1Lưới điện phân phối 2.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối Phân phối điện giai đoạn cuối việc truyền tải điện đến hộ tiêu dùng Lưới điện phân phối (LĐPP) nhận điện từ hệ thống lưới truyền tải chuyển đến hộ tiêu dùng điện Dòng công suất từ nguồn (hệ thống lưới truyền tải) qua LĐPP đến cung cấp cho phụ tải Vì vậy, việc truyền tải điện từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ sinh tổn hao lưới truyền tải mạng phân phối (khoảng 10-15% tổng công suất hệ thống) Các đặc điểm lưới điện phân phối: − Hệ thống phân phối điện xây dựng lắp đặt phải đảm bảo nhận điện từ hay nhiều nguồn cung cấp phân phối đến hộ tiêu thụ − Lưới điện phân phối gồm có phần: • Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22 kV phân phối điện cho trạm • phân phối trung/hạ áp phụ tải trung áp Lưới hạ áp cấp điện cho phụ tải hạ áp 380/220 V Hình 2.2: LĐPP Trung thế/ Hạ − Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ gây điện Bằng biện pháp cụ thể có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay máy phát,… − Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt phù hợp với việc phát triển lưới điện tương lai − Đảm bảo chất lượng điện cao ổn định tần số ổn định điện áp Độ biến thiên điện áp cho phép ± 5% Uđm − Đảm bảo chi phí tu dưỡng, bảo dưỡng nhỏ Lưới phân phối cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải bán kính khoảng vài chục km trở lại, có đặc điểm sau: − Điện áp định mức từ 6kV đến 35kV, lên đến 66kV – 100kV − Tổng chiều dài đường dây số lượng máy biến áp chiếm tỉ lệ lớn toàn hệ thống lưới điện − Kết nối với lưới truyền tải thông qua trạm trung gian trạm khu vực − Tổn thất công suất lưới phân phối chiếm – 7% tổng công suất hệ thống điện LĐPP có cấu trúc hình tia mạch vòng vận hành trạng thái hở trường hợp Lý việc vận hành LĐPP: − Tổng trờ LĐPP vận hành hở lớn nhiều so với vận hành vòng kín nên dòng ngắn mạch bé có cố − Trong vận hành hở, relay bảo vê lộ cần dùng loại relay đơn giản, rẻ tiền relay dòng, thấp áp,… mà không thiết phải trang bị loại relay phức tạp định hướng, khoảng cách, so lệch,… nên việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng mức đầu tư giảm xuống − Chỉ cần dùng cầu chì tự rơi (FCO: Fuse Cut Out) hay cầu chì tư rơi kết hợp cắt có tải (LBFCO: Load Beak Fuse Cut Out) để bảo vệ nhánh rẽ hình tia đoạn trục phối hợp vs Recloser để tránh cố thoáng qua − Khi cố, vận hành hở, nên cố không lan tràn qa phụ tải khác − Do vận hành hở nên việc điều khiển điện áp tuyến dây dễ dàng giảm pham vi điện thời gan giải trừ cố − Nếu xem xét giá xây dựng lưới phân phối, phương án kinh tế lưới hình tia 2.1.2 Nhiệm vụ lưới điện phân phối Lưới điện phân phối có nhiệm vụ sau: − Cung cấp phương tiện để truyền tải lượng điện đến hộ tiêu thụ − Cung cấp phương tiện để công ty điện lực phục vụ điện đến người tiêu thụ điện − Đảm bảo chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện − Đảm bảo số yêu cầu an toàn giới hạn cho phép Hình 2.3: Vị trí vai trò LĐPP Các loại sơ đồ LĐPP: − − − − − Hệ thống hình tia đơn giản Hệ thống vòng phía cao áp – hình tia phía hạ áp Hệ thống chọn lọc phía cao áp – hệ thống chọn lọc phía hạ áp Hai nguồn phía cao áp – hệ thống chọn lọc phía hạ áp Hệ thống mạng hình nút Những hệ thống theo thứ tự có chi phí, tính linh hoạt độ tin cậy tăng dần, có chúng dùng cho vùng có mật độ phụ tải tăng dần theo thứ tự Ở sơ đồ hình tia, điều thuận lợi mạng lưới điện đơn giản, người sử dụng nhận điện trạm biến áp đơn sau hạ cấp điện áp Thuận lợi cho việc lấp đặt máy biến áp, thiết bị bảo vệ dễ dàng quản lý lưới điện Tuy nhiên, sơ đồ hình tia có độ sụt áp cao hiệu sử dụng tương đối thấp đường dây cấp điện bên hạ áp nguồn cung cấp đơn Khi có cố đường dây hạ áp, thiết bị bảo vệ cắt toàn tải đường dây 2.2 Tái cấu trúc lưới điện phân phối Một đường dây LĐPP có nhiều loại phụ tải khác (ánh sáng sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp,…) phụ tải phân bố không đồng đường dây Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác thay đổi ngày, tuần mùa Vì vậy, đường dây, đồ thị phụ tải có chênh lệch công suất tiêu thụ Điều gây tải đường dây làm tăng tổn thất LĐPP Để chống tải đường dây giảm tổn thất, điều độ viên thay đổi cấu hình lưới điện vận hành thao tác đóng/cắt cặp khóa điện có lưới Vì vậy, trình thiết kế, loại khóa điện (Recloser, LBS, DS,…) lắp đặt vị trí có lợi để thao tác đóng/cắt khóa vừa giảm chi phí vận hành vừa giảm tổn thất lượng Có loại khóa sử dụng hệ thống phân phối sơ cấp, khóa thường đóng khóa thường hở Hai loại khóa thiết kế để dùng cho việc bảo vệ quản lý cấu hình Tái cấu trúc lưới điện trình thay đổi cấu trúc LĐPP việc thay đổi trạng thái đóng/mở khóa điện Vì có nhiều tổ hợp khóa điện LĐPP nên việc tìm cách chuyển tải tốt tổ hợp khóa điện chuyển tải cần thời gian dài phải xem xét đến điều kiện ràng buộc kỹ thuật Các ràng buộc là: − − − − − Cấu trúc vận hành hở Cân công suất Tất phụ tải cung cấp điện, sụt áp phạm vi cho phép Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp Đường dây, máy biến áp thiết bị khác không bị tải 2.3Các toán tái cấu trúc lưới điện Các toán vận hành lưới điện phân phối mô tả hàm mục tiêu tái cấu trúc lưới điện sau:  Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải thời đoạn để chi phí vận hành bé Hàm mục tiêu phù hợp với LĐPP phức tạp, trang bị khóa điện đại, có khả đóng mở có tải, điều khiển từ xa recloser, hay nói cách khác, toán phù hợp với LĐPP có chi phí chuyển tải thấp, linh hoạt vận hành, cấu trúc lưới thay đổi nhiều lần ngày  Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới định không thay đổi thời đoạn khảo sát để tổn thất lượng bé Trong thực tế, nước công nghiệp tiên tiến, chi phí chuyển tải ảnh hưởng lớn đến định thay đổi cấu trúc lưới Vì thế, vận hành, cấu trúc lưới thay đổi khi: − Phải cô lập cố tái cấu trúc lưới chống tải lưới, máy biến nguồn − Mức giảm tổn thất lượng đủ bù đắp chi phí chuyển tải Vì vậy, xuất toán – Xác định cấu trúc lưới điện không đổi thời gian khảo sát để tổn thất lượng bé  Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện thời điểm để tổn thất công suất bé Nghiên cứu giải thuật giải toán toán phức tạp Để cho đơn giản hơn, mục tiêu điều chỉnh lại cực tiểu tổn thất công suất Đây lý xuất them toán “Xác định cấu trúc lưới điện phân phối có tổn thất công suất bé nhất” Đã có nhiều nghiên cứu giải toán LĐPP mà tiêu biểu lời giải Merlin Back hay Civanlar, chúng tạo thành hai hướng nghiên cứu toán tái cấu trúc lưới điện phân phối Bài toán tái cấu trúc LĐPP với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất tác dụng – toán toán quan trọng, làm tảng cho tất toán khác hệ thống toán tái cấu trúc lưới  Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân tải (giữa đường dây, máy biến nguồn trạm biến áp) để nâng cao khả tải lưới điện Giải thuật áp dụng phù hợp cho khu vực thường xuyên bị tải hay có phụ tải không ổn định Khi đó, để tránh tải đường dây máy biến áp nguồn cần phải có cấu trúc lưới điện phù hợp để tải lượng công suất lớn mà số lượng phần tử tải lưới điện bé  Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau cố hay cắt điện sửa chửa Đây mục tiêu đông đảo nhà khoa học đề cập nghiên cứu Tuy có nhiều hướng nghiên cứu riêng biết chủ yếu giải thuật theo trình tự sau: − Loại bỏ phần tử bị cố lưới − Tái cấu trúc lưới để cấp điện với số khách hàng tối đa mà không gây tải  Bài toán 6: Xác định cấu trúc lưới điện theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân tải cao nhất, số lần chuyển tải nhất, sụt áp cuối lưới bé đồng thời xảy (hàm đa mục tiêu) Trong vận hành LĐPP có nhiều mục tiêu vận hành mà người điều khiển khu vực mà trực tiếp vận hành Tuy nhiên, việc chọn mục tiêu điền khiển theo thời điểm tỏ tính thuyết phục người vận hành lúc thỏa mãn nhiều mục tiêu lúc  Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới điện để đảm bảo mục tiêu giảm lượng lượng việc ngừng cung cấp điện hay nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Bảng 2.1: Phạm vi ứng dụng toán tái cấu trúc lưới điện Tên toán Đặc điểm lưới điện Chi phí chuyển tải thấp, không điện chuyển tải  Chi phí chuyển tải cao, điện chuyển tải  Lưới điện thường xuyên bị tải       Lưới điện bị tải Lưới điện không tải                Các toán xác định cấu trúc vận hành LĐPP cực tiểu tổn thất lượng hay cực tiểu chi phí vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuạt vận hành toán quan trọng kinh điển vận hành hệ thống điện Bảng 2.1 trình bày phạm vi ứng dụng toán tái cấu trúc theo đặc điểm LĐPP 2.4Thực trạng lưới điện phân phối Việt Nam Do điều kiện địa lý lịch sử Việt Nam, hệ thống điện Việt Nam nói chung phân bố rộng với nhiều cấp điện áp Sự tồn nhiều cấp điện áp buộc phải sử dụng nhiều loại thiết bị với xuất sứ khác nhau, điều gây trở ngại vận hành khó thiết lặp chế độ làm việc kinh tế; thêm vào trình cải tạo quy hoạch gặp nhiều trở ngại thiếu tiêu, định mức hợp lý,… dẫn đến thiếu xác dự báo, lựa chọn thiết bị lãng phí vốn đầu tư, kèm theo trình gia tăng tổn thất, giảm chất lượng điện Trong năm gần đây, với phát triển nhanh kinh tế dẫn đến nhu cầu sử dụng điện tăng vượt bậc số lượng phụ tải mà đòi hỏi chất lượng điện cung cấp cao Điều đòi hỏi điện lực Việt Nam phải đổi cách thức quản lý – điều hành, thiết bị, công nghệ, xây dựng nhiều nhà máy điện, xây dựng nâng cấp LĐPP… Nhưng không đáp ứng kịp với nhu cầu sử dụng điện, đặc biệt lưới điện phân phối tồn số hạn chế sau: − Vẫn tồn nhiều cấp điện áp LĐPP (6,6 kV, 10 kV, 22 kV, 35 kV) − Recloser máy cắt có tải (LBS) không điều khiển từ xa có số lượng không đáng kể phí đóng/cắt lớn thời gian chuyển tải lâu − Các tổ đấu dây máy biến áp trạm trung gian không thống nhất, nên phải cắt điện chuyển tải, điều làm gián đoạn việc cung cấp điện gây khó chịu cho khách hàng sử dụng điện − Lưới điện phân bố rộng , cung cấp điện trực tiếp cho nhiều loại phụ tải khác nên chịu tác động lớn địa hình phân bố, điều kiện khí hậu vùng miền Việc chuyển tải xảy khi: − Chống tải đường dây, trạm biến áp trung gian nơi phụ tải phát triển nhanh, vào cao điểm hay có công tác sửa chữa vòng truyền tải − Tái cấu trúc khôi phục cung cấp điện sau cô lập cố hay sửa chữa, cải tạo đường dây trạm biến áp theo định kỳ Vì khó khăn trên, mục tiêu vận hành LĐPP phù hợp với điều kiện Việt Nam đề nghị sau: − Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi thời đoạn khảo sát để tổn thất lượng bé – toán − Tái cấu trúc lưới điện chống tải, cân tải (giữa đường dây, máy biến nguồn trạm biến áp) để nâng cao khả tải lưới điện – toán − Khôi phục lưới điện sau cố hay cắt điện sửa chửa – toán nhánh có dòng điện zero nhánh có khóa mở (kí hiệu nhánh ABj: j = 1, …,K) Tuy nhiên, giá trị chuyển tải dòng điện IPjMN, IQjMN theo thực tế lượng dòng điện rời rạc nên tồn dòng điện IPjAB → 0, IQjAB → nhánh ABj Vì vậy, điều kiện để LĐPP hình tia có ΔP bé lúc giá trị hàm F – gọi hàm suất tăng tổn thất, tính theo công thức (3-9) tiến tới zero (3-9) Hay giá trị biểu thức (3-6) (3-7) cho LĐPP mở khóa nhánh AB j (j=1, ….,K) thì: (3-10) Theo (3-10) cho thấy: Nếu (IPjABRjloopAB)2 → (IQjABRjloopAB)2 → hàm F → Nếu hàm F → ΔP → ΔPmin Hàm F biểu thức (3-10) có đặc điểm sau: Các giá trị dòng điện cần bơm vào rút nhánh có khóa điện mở LĐPP để tổn thất công suất tác dụng bé xác định nhanh chóng toán phân bố công suất LĐPP kín có tổng trở trở Giá trị RjloopMN qua khóa mở MNj bị thay đổi khóa điện mở MNh vòng thứ h chuyển qua khóa ABh (h ≠ j, MNh ABh nằm khác đoạn), Lúc này, hàm F tính theo (3-10) cho trạng thái bị gián đoạn Điều làm tính phức tạp việc chọn K khóa mở cho F có giá trị gần zero 3.4 Trình tự giảm hàm F Vì tính không liên tục hàm F nên giảm giá trị hàm F tính theo (3-10) phải giảm hàm F theo bước Thực chất trình thay phần tử MNj thành ABj (j=1, ….,K) có giá trị bé cho chấm dứt trình này, F có giá trị bé nhất, lưu đồ giải thuât trình bày hình 3.4, cần lưu ý điểm sau: Đảm bảo mở nhánh này, lưới điện phải có cấu hình hình tia (j = K) Chọn giá trị giảm hàm F theo biểu thức (3-10), chọn cặp MNh ABh có ΔFh lớn (biểu thức (3-12) theo nguyên lý Greedy) (3-11) (3-12) Tuy nhiên, để tính giá trị IPjAB, IQjAB từ giá trị dòng điện mạch kín IjAB gặp khó khăn làm giảm tốc độ tính toán nên tính gần giá trị ΔFj theo (3-13) sau: (3-13) Bắt đầu Nhập thông số LĐPP Giải toán PBCS với LĐPP kín (bỏ qua phần cảm kháng lưới điện) Xác định vòng lập độc lập Tính RjloopMN Xác định cặp khóa MNj ABj đủ khả chuyển tải Cập nhật cặp khóa ABh thay cho MNh Tính ΔF theo (3-13) Xác định ΔFh theo (3-12) ΔF giảm Sai Xuất trạng thái khóa điện Dừng Hình 3.4: Lưu đồ giải thuật giảm hàm F Đúng Điều kiện để giảm hàm F: Do hàm F phải giảm theo bước nên luật heuristic phát biểu sau: Thay giá trị RjloopIPjcũ, RhloopIQjcũ có giá trị lớn RjloopIPjmới, RhloopIQjmới có giá trị bé vòng độc lập Cùng lúc phải xem xét K vòng độc lập LĐPP để chọn cặp khóa đóng/mở độ chênh lệch lớn Quá trình thay chấm dứt giá trị hàm F đạt đến giá trị giảm Khi đó, cấu hình lưới điện có tổn thất công suất giảm nhiều 3.5 Các điều kiện ràng buộc toán tái cấu trúc LĐPP: 3.5.1 Các điều kiện ràng buộc Trong suốt trình tái cấu trước lưới, PBCS nên thực Với cấu trúc đề nghị, việc PBCS nên thực để tính toán điện áp nút, tổn thất công suất hệ thống dòng điện nhánh Các ràng buộc hàm mục tiêu toán tái cấu trúc LĐPP sau: Các phương trình dòng công suất LĐPP: Tái cấu trúc lưới điện phải đáp ứng phương trình dòng công suất, thường chấp nhận phương pháp thay tiến lạc hậu, phương pháp tách nhanh để tính dòng công suất LĐPP Với cấu hình đề nghị, điện áp dòng tính toán phải giới hạn cho trước: (3-14) (3-15) Trong đó: n : tổng số nút Vi, min, Vi, max : điện áp giới hạn thấp cao nút i Ii, max : dòng điện lớn đường dây i Cấu trúc hình tia LĐPP phải đảm bảo tất tải phải đáp ứng 3.5.2 Giải thuật kiểm tra cấu trúc hình tia LĐPP: Để lưới điện có cấu trúc hình tia sau chuyển tải, cần phải xác định cặp khóa đóng/mở tương ứng với vòng độc lập, điều đảm bảo cấu trúc hình tia giảm đáng kể cặp khóa cần quan tâm Cụ thể: Khóa đóng MNj: khóa mở bước trước có khả đóng Khóa mở ABj: khóa nhánh có dòng điện mạch kín IjAB bé vòng độc lập với khóa đóng có khả mở Khả đóng/cắt khóa điện, chia thành trường hợp sau: Nếu lưới điện có khóa mở MNj khả đóng, số vòng độc lập K giảm đơn vị Nế khóa điện lưới điện chọn làm khóa mở ABj mà khóa không mở chọn khóa ABj khác có giá trị Ij2 lớn vòng độc lập có khả mở Vì chia khóa lưới điện thành nhiều cấp: đóng mở có tải, không tải Khi đó, tùy theo yêu cầu mà chọn cặp kháo đóng/mở cho phù hợp với tình thực tế vận hành theo yêu cầu điều độ viên Trong phần này, thuật toán đề xuất để kiểm tra điều kiện cấu trúc hình tia LĐPP Biểu đồ giải thuật trình bày hình 3.5 Bước 1: Khởi chạy ma trận kết nối vòng lặp LĐPP A(b,b) với b số lưới điện Mỗi đầu vào ma trận A định nghĩa sau: A(i,j) = A(j,i) = nút i kết nối với nút j A(i,j) = A(j,i) = nút i không kết nối với nút j Khởi chạy môt nguồn S = [Nguồn 1, Nguồn 2, …, Nguồn k], với k số nguồn hệ thống Bước 2: Đọc cấu trúc đề nghị Đây khóa thường mở mà cần để kiểm tra sửa đổi A(i,j) = A(j,i) = khóa điện nhánh từ nút i đến nút j khóa thường mở Bước 3: Tìm trị số tất nút tải: Nếu nút n ∉ S A(m,n) =1, với m = 1, 2, …, length(S) n = k+1, k+2,…b nút n chuyển đến S, S = S + [note n] A(m,n) = 0, A(n,m) = Bước 4: Nếu ma trận A ma trận zero chiều dài chuỗi S với số cấu trúc đề nghị mạng có cấu trúc hình tia Bắt đầu Khởi chạy ma trận kết nối A(b,b) A(i,j) = A(j,i) = nút i nối với nút j Cài đặt nút nguồn S = [Nguồn 1, Nguồn 2, …, Nguồn k] Đọc khóa thường mở cần kiểm tra Cập nhật A(i,j)=A(j,i)=0 khóa nhánh từ nút i tới j nút thường mở Sai Nút n∉S A(m,n)=1 Đúng Chuyển nút n tới S Cập nhật A(m,n)=A(n,m)=0 n = n+1 Sai n>b Đúng Sai Ma trận A=ma trận zero length (S) = b Đúng Lưu cấu trúc hình tia Cấu trúc hình tia Kết thúc Hình 3.5: Biểu đồ thuật toán kiểm tra điều kiện hình tia LĐPP Chương 4: XÂY DỰNG GIẢI THUẬT BẦY ĐÀN PSO CỰC TIỂU TỔN THẤT CÔNG SUẤT TÁC DỤNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 4.1 Khái niệm giải thuât tối ưu bầy đàn PSO Thuật toán tối ưu bầy đàn (PSO – Particle Swarm Optimization) phương pháp mẻ phù hợp để giải toán tối ưu Kennedy Eberhart (Kennedy $ Eberhart, 1995; Shi & Eberhart, 1998) đề xuất phương pháp bầy đàn vào năm 1995 Thuật toán tối ưu bầy đàn thuật toán sử dụng số lượng cá thể (cấu hình lưới) tượng trưng cho trí tuệ bày đàn để giải toán tối ưu hóa, thuật toán xếp vào nhóm giải thuật tiến hóa có nhiều ứng dụng quan trọng tất lĩnh vưc mà wor đòi hỏi phải giải toán tối ưu hóa đặc biệt toán liên quan đến hệ thống điện Ý tưởng thuật toán PSO dựa tảng tâm lý bầy đàn tập tính xã hội bầy chim đàn cá Chúng di chuyển để tìm kím thức ăn với môt vận tốc vị trí tương ứng Sự di chuyển chúng phụ thuộc vào kinh nghiệm thành viên khác bầy đàn 4.2 Giải thuật bầy đàn PSO: PSO công cụ tối ưu cung cấp quy trình tìm kiếm dựa dân số bầy đàn mà cá thể thay đổi vị trí theo thời gian PSO dựa hai quy tắc khoa học xã hội khoa học máy tính; thêm vào đó, PSO sử dụng khái niệm trí thông minh bày đàn đặc tính hệ thống, qua thói quen tìm mồi cá thể tự nhiên tạo mô hình hàm tuyệt đối chặt chẽ Vì vậy, sở thuật toán PSO mô tả sau: Khái niệm quần thể: Như biết: “trí tuệ nhân tạo kết từ tương tác xã hội” Sự ước lượng, so sánh mô lẫn học hỏi từ kinh nghiệm cho phép người thích nghi với môi trường xác định kiểu mẫu tối ưu hành vi, thái độ, điều tương tự Thêm vào đó, khái niệm thứ hai quần thể cho biết “văn hóa nhận thức hệ tách rời tính quần thể người” Văn hóa tạo cá nhân trở nên giống qua kiến thức xã hội chung Nguyên lý trí tuệ bầy đàn: Trí tuệ bầy đàn mô tả qua năm nguyên lý sau: Nguyên lý lân cận: Quần thể phải có khả thực tính toán thời gian khoảng cách đơn giản Nguyên lý đặc trưng: Quần thể phải có khả phản ứng với hệ số chất lượng môi trường Nguyên lý phản ứng đa dạng: Quần thể không chuyển giao hoạt tính kênh thông tin hẹp Nguyên lý ổn định: Quần thể không thay đổi cách thức phản ứng môi trường thay đổi Nguyên lý thích nghi: Quần thể phải có khả thay đổi cách thức phản ứng có ước lượng giá trị xứng đáng Trong thuật toán bầy đàn PSO, khái niệm “những cá thể” thành viên quần thể có khối lượng thể tích không đáng kể, phụ thuộc vào vận tốc gia tốc nhằm hướng đến cách thức phản ứng tốt Những đặc điểm tính toán: Trí tuệ bầy đàn cung cấp mô hình có ích cho việc thực hệ thống có khả thích ứng Nó mở rộng thuật toán tiến hóa bao gổm biểu diễn tham số toán tử logic AND, OR NOT Cụ thể, thuật toán bầy đàn PSO mở rộng ứng dụng tiềm quan trọng cho tế bào Automata (CA – Cellular Automata) Cá thể bầy đàn định nghĩa tế bào CA, trạng thái đồng thời thay đổi nhiều phạm vi Cả PSO CA có chung đặc tính tính toán sau: Các cá thể (các tế bào) cập nhật đồng thời Mỗi số liệu dựa số liệu trước cá thể (hoặc tế bào) cá thể (tế bào) lân cận Tất cập nhật biểu diễn theo quy tắc giống Thuật toán PSO giải thuật tiến hóa dựa quần thể có nhiều ưu điểm vượt trội giải thuật tối ưu hóa khác như: Là thuật toán không sử dụng đạo hàm, không nhiều giải thuật truyền thống Linh hoạt việc tích hợp với kỹ thuật tối ưu hóa khác tạo thành công cụ lai ghép Ít bị ảnh hưởng chất hàm mục tiêu, ví dụ độ lồi hay tính liên tục Có thông số để điều chỉnh, không giống nhiều giải thuật tiến hóa có tính cạnh tranh khác Có thể tránh mức tối thiểu tương đối Dễ tiến hành lập trình phép toán logic Có thể xử lý hàm mục tiêu ngẫu nhiên Không bắt buộc giá trị ban đầu xác để bắt đầu vòng lặp Một lời giải tiềm cho toán đại diện cá thể đàn, bầy không gian tìm kiếm có D chiều Sự điều chỉnh tốc độ vị trí cá thể tính toán cách sử dụng vận tốc khoảng cách từ pbest đến gbest sau: (4-1) (4-2) Trong đó: Vik : Vận tốc cá thể i vòng lặp thứ k Vik+1 : Vận tốc cá thể i vòng lặp thứ k+1 Xik : Vị trí cá thể i vòng lặp thứ k Xik+1 : Vị trí cá thể i vòng lặp thứ k+1 � : Trọng số quán tính c1 : Hệ số kinh nghiệm cá thể c2 : Hệ số quan hệ xã hội cá thể Rand : Số ngẫu nhiên khoảng [0, 1] pbestik : Vị trí tốt cá thể i vòng lặp k gbestk : Vị trí tốt quần thể vòng lặp k Trong (4-1), � mô theo phương trình sau: (4-3) Trong đó: �max : Hệ số quán tính lớn �min : Hệ số quán tính nhỏ Itrmax : Số lần lặp lại lớn Itr : Số lần lặp lại Hình 4.1: Không gian tìm kiếm thuật toán bầy đàn PSO Các bước thực giải thuật PSO thực sau: Bước 1: Khởi tạo bầy đàn với vị trí giá trị vận tốc ngẫu nhiên D chiều không gian tìm kiếm Bước 2: Bắt đầu vòng lặp Bước 3: Với cá thể, tính toán giá trị hàm mục tiêu với D biến Bước 4: So sánh giá trị hàm mục tiêu cá thể với Pbesti Nếu giá trị hàm mục tiêu tốt giá trị Pbesti, cập nhật giá trị Pbesti giá trị hàm mục tiêu Bước 5: Nhận cá thể bầy đàn có giá trị hàm mục tiêu tốt gán số vị trí cá thể vào biến G Bước 6: Thay đổi vận tốc vị trí cá thể theo biểu thức vận tốc vị trí Bước 7: Nếu điều kiện ngừng lặp thỏa mãn (thông thường số lượng vòng lặp tối đa), thoát khỏi vòng lặp Bước 8: Kết thúc vòng lặp Bắt đầu Chọn thông số PSO: Số thể N, số C1, C2, Wmax, Wmin Khởi tạo giá trị ban đầu vị trí vận tốc cá thể Bắt đầu vòng lặp (iteration = 0) Tính toán giá trị hàm mục tiêu cá thể Tính toán giá trị Pbest Gbest từ cá thể Cập nhật vận tốc vị trí cá thể theo biểu thức vận tốc vị trí cá thể Tăng vòng lặp (iteration = iteration + 1) Có Vòng lặp[...]... vẫn đảm bảo cung cấp điện Do đó dòng công suất đi qua các nút, tổn thất công suất, và độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện cũng thay đổi Trong luận văn, mục tiêu chính được xác định cụ thể là tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng 3.2 Mô tả lưới điện phân phối tổng quát 3.2.1 Mô tả toán học thao tác chuyển tải Dòng điện trên một nhánh luôn có thể phân tích thành hai... dựa trên heuristics để tái cấu hình LĐPP, lưu đồ mô tả giải thuật được trình bày tại hình 2.5: Giảm số lần thao tác khóa điện bằng cách xem xét các luật heruristic Tính toán tổn thất công suất cho các thao tác đóng cắt được đề nghị Không Các thao tác đóng cắt làm giảm tổn thất công suất? Có Thực hiện thao tác đóng/cắt có mức độ giảm tổn thất công suất nhất Phân bố công suất cho lưới điện mới Không Kiểm... điện phân phối để giảm tổn thất công suất cũng chính là tìm ra cấu trúc lưới phân phối có chi phí vận hành thấp nhất Mỗi cấu trúc lưới điện phân phối được tạo ra từ cấu trúc hiện tại bằng cách thay đổi trạng thái đóng/mở các khóa điện (tie switch, selection switch) LĐPP được tái cấu trúc bằng cách mở các khóa điện phân đoạn và đóng các khóa điện chuyển mạch sao cho cấu trúc lưới vẫn là hình tia và tất... của một lưới điện Khi đó: (3-1) Xét LĐPP đơn giản gồm: một nguồn và một vòng đơn đang có khóa mở tại vị trí nhánh MN như hình 3.2a hay tại nhánh MN có IPMN = 0 và IQMN = 0 Tổn thất công suất tác dụng được xác định theo biểu thức 3-2 Xác định kháo mở để tổn thất công suất tác dụng bé nhất Biểu thức tính tổn thất công suất tác dụng lúc khóa MN mở: (3-2) Trong đó: n : số nhánh trong lưới điện Ri : điện trở... thuật để lưới điện phân phối vận hành ổn định trong điều kiện vận hành bình thường cũng như sự cố Những lợi ích về mặt kinh tế bao gồm chi phí cho tổn thất trên lưới điện, chi phí chuyển tải (đóng cắt khóa điện) , chi phí thiệt hại của khách hàng do bị ngừng cung cấp điện, và cả chi phí không bán được điện của công ty điện lực Như vậy, tìm lời giải cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối để giảm tổn. .. suốt quá trình tái cấu trước lưới, PBCS nên được thực hiện Với mỗi cấu trúc được đề nghị, việc PBCS nên được thực hiện để tính toán điện áp tại nút, tổn thất công suất của hệ thống và dòng điện trên mỗi nhánh Các ràng buộc của hàm mục tiêu trong bài toán tái cấu trúc LĐPP như sau: Các phương trình dòng công suất của LĐPP: Tái cấu trúc lưới điện phải đáp ứng các phương trình dòng công suất, và chúng... theo mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất tác dụng được thay thế bằng bài toán tìm giá trị công suất IPMN, IQMN bơm vào và rút ra tại khóa điện mở MN để cực tiểu tổn thất công suất tác dụng Trong thực tế, các dòng công suất bơm vào và rút ra có giá trị rời rạc, nhưng giả thuyết rằng chúng liên tục để có thể lấy đạo hàm Do đó giá trị IPMN, IQMN tìm được khi cực tiểu tổn thất công suất (giá trị chuyển... tả mức giảm tổn thất công suất tác dụng khi có sự thya đổi trạng thái của một cặp khóa điện trong quá trình tái cấu trúc (2-1) Trong đó D : tập các nút tải được dự kiến chuyển tải Ii : dòng điện tiêu thụ của nút thứ i EM : tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút M EN : tổn thất điện áp do thành phần điện trở gây ra tại nút N Rloop : tổng các điển trở trên vòng kín khi đóng khóa điện đang... Xác định cấu trúc lưới điện theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất, mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng đồng thời xảy ra – bài toán 6: hàm đa mục tiêu − Tái cấu trúc lưới điện giảm thiểu điện năng ngừng cung cấp cho khách hàng, đây là mục tiêu áp dụng cho những LĐPP sau cải tạo, có mức giảm tổn thất công suất không đáng kể khi áp dụng bài... phải xác định cấu trúc tối ưu ban đầu bằng cách tuyến tính hóa tổn thất với công suất để làm phương án tựa cho giải thuật Sau đó áp dụng, xấp xỉ tổn thất với hàm bậc hai của công suất để cải thiện lời giải Tuy nhiên, giải thuật này chưa hoàn chỉnh ở chỗ giải thuật heuristics không đủ sâu để xác định cấu trúc cực tiểu tổn thất công suất Wagner và các cộng sự trình bày một giải thuật tái cấu trúc dựa trên