Tìm vị trí và dung lượng TCSC tối ưu trên lưới điện

Trang 1

404396

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

HUTECH

Lawersity

DƯƠNG THANH HIẾU

Trang 2

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH a “ & Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 2l tháng 03 năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng cham bảo vệ Luận văn Thạc si) TT Ho va tén Chức danh Hội đồng

1 |PGS TS NGÔ CAO CƯỜNG Chủ tịch 2_ | TS NGUYÊN XUÂN HOÀNG VIỆT Phản biện 1 3 | PGS TS QUYEN HUY ANH Phan bién 2

4 | TS TRAN VINH TINH Uy vién

5 |TS.HO VAN HIEN Uy vién, Thu ky

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Trang 3

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP.HCM CONG HOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHONG QLKH - DTSDH Độc lập — Tự do — Hanh phic

TP HCM, ngàu¿2 tháng @} năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: DƯƠNG THANH HIẾU Giới tính:Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 08/03/1983 Nơi sinh:Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV:1341830009

I- Tên đề tài:

Tìm vị trí và dung lượng tối tu của TCSC trên lưới điện H- Nhiệm vụ và nội dung:

Chương l: giới thiệu chung vấn đề nghiên cứu Chương 2: Tổng quan về thiết bị FACTS Chương 3: Tổng quan vẻ lĩnh vực nghiên cứu

Chương 4: Giới thiện thuật toán PSO

Chương 5: Ứng dụng PSO giải bài toán tối ưu đa mục tiêu trên mạng điện

mẫu IEEE

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển đề tài

HI- Ngày giao nhiệm vụ: 78/08/2014

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/01/2015

V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS PHAN THỊ THANH BÌNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

/

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình

nào khác

Tôi xin cam đoan rắng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

Trang 5

H

LỜI CÁM ƠN

Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn đối với các thầy cô giáo trường Đại Học

Công Nghệ Tp.Hồ Chí Minh, đã truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt quá

trình học tập tại trường Đặt biệt xin bày tỏ lòng kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc tới Cô giáo PGS.TS.Phan Thị Thanh Bình đã luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô khoa Cơ-Điện-Điện tử, phòng Quản

lý khoa học và đào tạo sau Đại học đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá

trình học tập và nghiên cứu

Trang 6

1H

TÓM TẮT

Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) đóng vai trò quan trọng

trong việc cải thiện khả năng tĩnh và động của hệ thống điện So với hệ thống truyền

tải điện xoay chiều thông thường, FACTS có thể điều chỉnh điện ấp, góc pha các nút,

tong trở đường dây dễ dàng, kết quả là độ ổn định và điện áp các nút được cải thiện,

tôn thất công suất tác dụng và phản kháng được giảm đáng kể Ngoài ra, để nâng cao

hiệu quả FACTS, vị trí và công suất của FACTS cũng được lựa chọn tối ưu Trong

luận văn này, một phương pháp dựa trên giải thuật PSO được sử dụng dé tối ưu hóa vị

trí và dung lượng TCSC trên hệ thống điện Hàm đa mục tiêu của bài toán dựa trên

phương pháp trọng số là sự kết hợp của các hàm mục tiêu thành phần giảm tổn thất công suất, cải thiện điện áp các nút và chi phí lắp đặt thiết bị Hàm mục tiêu bài tốn được giải thơng qua giải thuật PSO được thực hiện trên các lưới điện 14, 30 và 30 nút

Trang 7

iv

ABSTRACT

Trang 8

MỤC LỤC 0900) 6:9/ 086 i I9) /fBšiiỶỒŨÚỒŨỒŨỒỒ ,ÔỎ H I0) ÿ.V3ồẳồ Ầ ,Ỏ ill \).^ý0:7 (20 iv ) 09 00 na v 0i:8 00/059.(eui0014ìx⁄0v v0 vii D0 ):800 0976:7911 viii

DANH MỤC CÁC BIÊU ĐỎ, HÌNH VẼ Ăn ix

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VÁN ĐÈ NGHIÊN CỨU 1

In: la ra 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài - cành re ườc 1 1 3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - set 2

1.4 Nội dung nghiên cứu cửa đề tài - 5-5555 cteeeeekierrrrerieererirree 2 1.5 Phương pháp nghiên cứu cành 1122121401211 r6 3

CHƯƠNG 2: TỎNG QUAN VẺ THIẾT BỊ FACTS .- -55©75<55<2 4

2.1 Các loại thiết bị FACTS và các ứng dụng - -5- 5s cshererereeriee 4

1 Thiét bi SVC (Static Var Compensator) thiết bị bù công suất phản kháng kiểu CHADD ooo 4 2 Thiét bi STATCOM (Static synchronous compensator) thiét bi bi tinh 5

3 Thiét bi SSSC (Static synchronous series compensator) B6 bù nối tiếp đồng bộ

¡1 8 6

4 Thiét bi UPFC (Unifiled power flow controler) thiét bị điều khiểu dòng công

C)PHdầaÚŨŨ 6 5 Thiết bi TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) thiết bị bù đọc điều

khiên băng thyriSfGF Ăn HH HH 11001121111 001010111- 01.111 tk reere 7

2.2 Cầu tạo và nguyên lý làm việc của TCSC c65cseccererreerkee 9

;”z?»hN» ah 9 2.2.2 Nguyên lý hoạt động - nh 2210201 tk khe nehke 9

1.8: 0/9 10 2.2.4 Mô hình điều khiến TCSC - 22-555 St >ttererrrertrrkerrrkee 11

CHƯƠNG 3:TỎNG QUAN VẺ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU - 17

Trang 9

vì

3.2 TCSC và bài toán cải thiện điện áp .- - c5 cccsccccrerrerreeeerree 19

3.3 Tối ưu vị trí và dung lượng TCSC với hàm đa mục tiêu 20

CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN PSO 5+ 5sc2svszerrrrrex 21

4.1 Tổng quan về các thuật foán 5+ 2552 St errEEkerrkerkerkerkerrkrrrerre 21 4.2 Các biểu thức cơ bản của thuật toán PSO . c5-ccc sec 22 4.3 Ứng dụng thuật toán PSO trong bài toán tối ưu vị trí và dung lượng Test

secssussssesasessuecsusssusssusessuessucsasesusecsssssssssssssavesssessecsasessuecsuecasecenscsacecucesecesneessesseceserecaeentecs 2 4.3.1 Thiết bị FACTS - TCSC - 6t 2E 2112112137131 kxvrk 25

4.3.2 Xây dựng hàm mục tiêu bài tốn - «s9 HH4 412442 241 1 1kg 27 4.3.3 Các điều kiện ràng buộc - 5 55+csertSrterekererkerkerrrereeree 29 4.3.4 Các biến tối ưu hÓa: 5 2 +Scs2 923121173717111171212111111 11 xkxerkerkee 30

4.3.5 ra 66 30

4.3.6 Khới tạo quần thể ban đầu - 6c scctc+rserrerserrrrrrrierreroree 30 4.3.7 Tính toán giá trị tốt nhất của cá thể Pbest và giá trị tốt nhất của quần

¡"T6 08 e 31

4.3.8 Cập nhật vận tốc và vị trí của quần thễ -. ccccccverree 32

CHƯƠNG 5 : UNG DỤNG PSO GIẢI BÀI TOÁN TỎI ƯU ĐA MỤC TIEU

().ì)8.,P.)(652)12 8.04081225200058 34

ch pc 0ô n8 34

5.1.1 Thông số lưới điện 34

5.1.2 Kết quả kiểm tra giải thuật . . 5- 5c stress 36

Trang 10

STT

10

1]

Vil

DANH MUC CAC TU VIET TAT

CHU VIET TAT FACTS TCSC PSO SPSO SGA IEEE SVC TCR STATCOM SSSC UPFC NGUYÊN NGHĨA

Flexible Alternating Current Transmission System:hé théng truyén tai xoay chiéu linh hoat

Thyristor Controller Series Capacitor: thiét bi bu doc

diéu khién bang thyristor

Particle Swarm Optimization :thuat toan bay đàn

simple particle swarm algorithm

simple genetic algorithm

Institute of Electrical and Electronics Engineers:Hiép hội các kỹ sư điện và điện tử

Static Var Compensator :thiết bị bù công suất phản

kháng kiểu tĩnh

Thyristor Controller Reactor: kháng điều chỉnh bằng thyristor

Static synchronous compensafor: thiết bị bù tĩnh

Static synchronous series compensator :Bộ bù nối tiếp

đồng bộ tĩnh

Trang 11

vill

DANH MUC CAC BANG

Bang 4.2 Quan thể và giá trị thích nghỉ tương ứng tại vòng lặp thứ nhất 31 Bang 4.3 Quan thể và giá trị thích nghỉ tương ứng tại vòng lặp thứ hai 32

Bảng 5.1 Thông số nút mạng IEEE 14 nút 2-52 2° 5s+S£2£+zvExe+rxeererreeree 35 Bảng 5.2 Thông số nhánh mạng IEEE, 14 nút . - + 5+ +5++>xvzxerxszxexsekeerxee 36

Bảng 5.3 Kết quả sau khi thực hiện tối ưu hóa vị trí đặt TCSC trong trường hop 1 38 Bảng 5.4 Kết quả sau khi thực hiện tối ưu hóa vị trí đặt TCSC trong trường hợp 2 38

Bảng 5.5 Thông số nút mạng IEEE 30 nút 2-52 2©252+x#Ee£xevxzerxerxerrerree 42

Bảng 5.6 Thông số nhánh mạng IEEE 30 nút .- - 2-5252 52+x++£e+xserxerrseree 43

Bảng 5.7 Kết quả thực hiện tối wu vị trí và dung lượng TCSC giảm tổn thất công suất

tác dụng trên lưới điện 3Ö nÚK - H122 1221 HH HH TH TH g0 011001010154 45

Trang 12

1X

DANH MUC CAC BIEU DO, HINH VE

Hinh 2.1 So dé 1 sợi của một SVC điền hình; một cuộn dây điện cảm được điều khiển

bằng thyristor (TCR) được nối với ba bộ tụ đóng cắt bằng cơ khí - 5

Hinh 2.2 Hé thong bil tinh (STATCOM) u cccccsscsscssscsssessecssessecssecsecssecsecsuecseessecseensceseens 6 5n 0.18 ïšurï3805 22 7

Hình 2.5: Cấu trúc của bộ TCSC thực tế trong mạch 1 pha -c -55+: 8 Hình 2.6: Cau tao cia TCSC eeessssscssssssesesseseecsssssnneeeseesssssssneessesseessusnensessssessesnnesesseesn 9 Hình 2.7: Đồ thị mô tả quá trình quá độ máy phát có điều chỉnh đóng cắt TCSC I3 Hình 2.8: TCSC tác động theo tín hiệu dòng công suắt 2-5555 ccscss 17 Hinh 4.1 Nguyên ly thay đổi vị trí của thuật toán PSO +cccccreerrrree 23 Hình 4.2 Lưu đồ thuật toán PSOO - -L-©kSe 2x3 3221271271111 111231511111 crxrrx 25 4.3.1 Thiết bị FACTS - TCSC -s522-©2+222kv2 2 x2112211E1211211121112211.112 1 25

Hình 4.3 Thiết bị TCSC 22+ ch Hee 26 4.3.2 Xây dựng hàm mục tiêu bài toán - Le n sen HH ng re 27 Hình 4.4 Mối quan hệ giữa công suất va chi phí đầu tư thiết bị TCSC 28

4.3.4 Các biến tối ưu hóa: cv TH HH, 1 1 30

Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán PSO tìm vị trí và dung lượng TCSC - 33

Hình 5.1 Sơ đồ lưới điện TEEE 14 nút 2-22 2 5<+sZxE22Et+xZExerxerrxerxerreerxee 34 Hình 5.2 Đặc tuyến hội tụ tôn thất công suất tác dụng của PSO trên mạng 14 nút .37

Hình 5.4 Đặc tính hội tụ của hàm mục tiêu với các trọng số [0.33, 0.33, 0.33] 39

Hình 5.5 Đặc tính hội tụ của hàm mục tiêu với các trọng số [0.8, 0.1; 0.1] 40

Hình 5.6 Đặc tính hội tụ của hàm mục tiêu với các trọng số {0.8, 0.0, 0.2] 40

Hình 5.7 Điện áp các nút với các trọng số [0.8, 0.0, 0.2] -+cccvccecrerreee 40 Hình 5.8 Sơ đồ mạng IEEE 30 nút 2- 52 222 3222322222112 ecrrrrree 41 Hình 5 9 Đặc tuyến hội tụ của hàm mục tiêu tốn thất công suất tác dụng trên mạng 30 "0869:0000 46

Trang 13

Hình 5.12 Điện áp các nút trong trường hợp trọng số [0.33, 0.33, 0.33] 48

Hình 5.13 Đặc tuyến hội tụ của hàm đa mục tiêu với trọng số [0.8, 0.1, 0.1] 48

Hình 5.14 Điện áp các nút trong trường hợp trọng số [0.8, 0.1, 0.1] 49

Hình 5.16 Điện áp các nút trong trường hợp trọng số [0.8, 0.0, 0.2] 50

Hình 5.17 Độ hội tụ tôn thất công suất trên lưới điện 30 nút cái tiến 52

Trang 14

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU CHUNG VẤN ĐÈ NGHIÊN CỨU

1.1 Đặt vấn đề

Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất và cải thiện đời sống của

con người Chính vì vậy, nhà nước luôn quan tâm tới sự phát triển của ngành điện, tạo

điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa — Hiện đại hóa đất nước Trong những năm qua trên thế giới quá trình cải tổ và cơ cấu lại ngành điện đã và đang diễn ra ở nhiều nước phát triển Ở

các nước này, mục tiêu là nâng cao hiệu quả hoạt động và hiệu quả đầu tư của các

công ty Điện lực Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều

đọc sang thị trường điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế

giới

Xuất phát từ yêu cầu thực tế, khi nền kinh tế Việt Nam đã và đang hội nhập với

nền kinh tế trong khu vực và trên thế giới thì việc hình thành thị trường điện là một tất

yếu Khi đó, cơ cấu tổ chức và phương thức hoạt động của ngành điện nói chung sẽ phải có những thay đổi cơ bản để đáp ứng phù hợp với các quy định mới trong hoạt động điện lực, cũng như các quy luật của cơ chế thị trường Khi chuyển sang thị

trường điện thì vấn đề quá tải đường đây là thường xuyên, có ảnh hưởng đến ổn định

và độ tin cậy hệ thống

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Đường dây thường được sử dụng bằng hoặc thậm chí vượt quá giới hạn nhiệt

Trang 15

quyết các vấn đề quản lý quá tải bằng cách sử dụng thiết lập lại hệ thống, an toàn hạn

chế truyền tải điện năng tối ưu, và cắt giảm tải kết hợp với thiết lập lại hệ thống

Quản lý quá tải là một trong những thách thức kỹ thuật trong hệ thống truyền

tải điện Với hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS (Flexible

Alternating Current Transmission System), là một thay thế để giảm tải dòng điện trong những đường đây đã bị quá tải nặng, kết quả là làm tăng khả năng tải điện, hao mòn hệ thống ở mức thấp, tăng tính ổn định của mạng lưới, giảm chi phí sản xuất Vì vậy, lắp

đặt các bộ điều khiển FACTS nhằm điều khiển tốt hơn trong hệ thống điện cần phải được xem xét, trong đó việc lắp đặt thích hợp các thiết bị EACTS trở thành quan trọng Việc sử dụng thiết bị FACTS trên đường dây là rất cần thiết, trong đó việc xác định vị trí tối ưu để đấu nói thiết bị FACTS nhằm đảm bảo khả năng nhận công suất và khả

năng truyền tải công suất trên đường dây là lớn, hạn chế được quá tải trên đường dây, tăng khả năng truyền tải tổng của mạng lưới điện

Các thiết bị FACTS như TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) được coi là một trong những công nghệ giảm tổn thất công suất, cải thiện điện áp và cho

phép sử dụng tốt hơn cơ sở hạ tầng lưới điện hiện có, cùng với nhiều lợi ích khác

Với lý do trình bày ở trên cho thấy, việc nghiên cứu đề tài “tìm vị trí và dung lượng TCSC tối ưu trên lưới điện ” là một yêu cầu mang tính cấp thiết trên cả hai phương

diện lý luận và thực tiễn, phù hợp với việc phát triển thị trường điện tại Việt Nam

1 3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu tính khả thi khi lắp đặt thiết bị FACTS, cụ thể là thiết bị TCSC trên đường dây nhằm giảm tổn thất công suất, cải thiện điện áp và giảm chỉ phí lắp đặt TCSC

1.4 Nội dung nghiên cứu của đề tài

- Tìm kiếm thông tin về các hướng nghiên cứu, đề khoa học liên quan đến sử dụng

Trang 16

- Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị TCSC

- Sử dụng thuật toán Particle Swarm Optimization (PSO) trong tối ưu vị trí và dung lượng TCSC cho bài toán đa mục tiêu

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích và tong kết kinh nghiệm

- Xác định hàm mục tiêu và các hàm ràng buộc đẳng thức và bất đẳng thức - Giải bài tốn phân bố cơng suất

Trang 17

CHƯƠNG 2:

TONG QUAN VE THIET BI FACTS

2.1 Các loại thiết bị FACTS và các ứng dụng

Thiét bi FACTS (Flexible AC Transmission System - hé théng truyén tai xoay chiều linh hoạt), chính là các hệ thống điện tử công suất có chức năng điều chỉnh công suất phản kháng Sử dụng trong cấu hình phức tạp hơn, FACTS cho phép điều khiển một hay nhiều thông số của hệ thống truyền tải xoay chiều, qua đó nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện và tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây

Các ứng dụng thông thường được biết đến với tên gọi là FACTS là sử dụng các

linh kiện điện tử công suất và các phương pháp hiện đại nhất để điều khiển phần điện thế cao trong lưới điện Các ứng đụng thứ 2 chính là nguồn công suất tự tùy chỉnh, tập trung vào phân phối điện áp thấp và chính là một công nghệ được tạo ra để điều chỉnh,

báo cáo chất lượng điện kém và độ tin cậy của nguồn cung cấp ảnh hưởng tới nhà máy, hộ tiêu thụ

1 Thiết bị SVC (Static Var Compensator) thiết bị bù công suất phản kháng kiểu tinh

Một SVC điển hình gồm các tụ bù ngang được đóng cắt riêng biệt, được kết nối

với cuộn dây điện cảm (có hoặc không có lõi sắt) được điều chỉnh bằng thyristor Nhờ

việc thay đổi góc dẫn của thyristor mà điện kháng đẳng trị của SVC có thể thay đổi liên tục được Do đó, công suất phản kháng của lưới điện có thể được bơm vào hay hút

đi một cách liên tục Theo cấu trúc này, các tụ điện sẽ điều chỉnh thô, sau đó, cdc TCR

(thyristor controlled reactor) sẽ điều chỉnh giá trị cảm kháng, kết quả là giá trị điện

kháng đẳng trị là một giá trị liên tục Điều chỉnh trơn hơn và linh hoạt hơn có thể thực hiện được bằng cách sử dụng bộ tụ điện được đóng cắt bằng thyristor hay TCCS

Trang 18

‘AY ! L] ⁄⁄ ⁄

Thyristorswitched Bank of three Individuatly- reactor switched capacitors

Hình 2.1 Sơ đồ 1 sợi của một SVC điển hình; một cuộn dây điện cảm được điều khiển

băng thyristor (TCR) được nỗi với ba bộ tụ đóng cắt băng cơ khí

2 Thiét bi STATCOM (Static synchronous compensator) thiết bị bù tĩnh

STATCOM là sự hoàn thiện của SVC, bao gồm các bộ tụ điện được điều chỉnh bằng các thiết bị điện tử như thyistor có cửa đóng mở GTO So với SVC, nó có ưu

điểm là kết cấu gọn nhẹ hơn, không đòi hỏi diện tích lớn như SVC và đặc biệt là nó

điều khiển linh hoạt và hiệu quả hơn

Các tính năng của STATCOM cũng giống như của SVC nhưng khả năng điều chỉnh, điều khiển các thông số của STATCOM ở mức cao hơn, bao gồm:

- Điều khiển điện áp tại nút có đặt STATCOM có thể cố định giá trị điện áp

- Điều khiển trào lưu công suất phân kháng tại nút được bù

- Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xảy ra sự cố (mắt tải, ngắn mạch ) trong hệ thống điện

- Tăng cường tính ôn định của hệ thống điện

- Giảm sự dao động công suất khi xảy ra sự cố trong hệ thống điện như ngắn mạch,

Trang 19

Bus & + Vip Se Veg Bus & vio | ® a a) nn - ch YY TL i, , Tụ Yụ Yi [ee ay b Hình 2.2 Hệ thống bù tĩnh (STATCOM) 3 Thiét bi SSSC (Static synchronous series compensator) B6 bi néi tiép déng bd tinh

Nó gồm 2 biến thế, 1 Inverter và 1 tụ bù SSSC nối tiếp với đường dây truyền tải qua biến thế Nguyên tắc vận hành của SSSC, điện áp có thể điều chỉnh qua trở kháng của đường dây truyền tải Vì thế có thể điều khiển dòng công suất của đường dây truyền tải oe a ij ft i jt I ij ie _ qj : Ty +JQy Z sq Vee HN G2 "+ i< iy Busi + 7 _ # KF ï V, > 1 Re {P27 i} =0 * t, im

The schematic representanen of SSSC

Fig 2 The equivatent circuit of SSSC

Hình 23

4 Thiét bi UPFC (Unifiled power flow controler) thiết bị điều khiểu dòng công

suất

Bao gồm hai VSC chia sẻ một tụ điện thông thường về phía DC của chúng và một hệ thống kiểm soát thống nhất Một đơn cử của UPFC được đưa ra trong hình 2.4 UPFC đồng thời cho phép kiểm soát dòng công suất có ích, dòng công suất phản

Trang 20

thiết lập để kiểm soát một hoặc nhiều các thông số khác nhau bất kỳ hoặc khơng kiểm sốt bất cứ cái gì trong đó Bus k Bus se wv va Ộ ¬ Ta om Shunt Series Eun 7

s&s “ir 212 |1 Fhe

1X oun Von Sets

Hình 2.4: Sơ đồ mạch UPEC

Công suất có ích được yêu cầu bởi các công cụ chuyển đổi hàng loạt được rút ra bởi bộ shunt chuyên đổi từ mạch AC và cung cấp cho bus m thông qua liên kết DC Điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi hàng loạt được thêm vào điện áp nút để tăng điện áp nút của bus m Cường độ điện áp của Vọạ điện áp đầu ra cung cấp điện áp định mức, và góc pha ø,„ xác định chế độ điều khiển dòng công suất Ngoài việc đóng vai trò hỗ trợ cung cấp trong việc trao đổi năng lượng hoạt động diễn ra giữa các công cụ chuyển

đổi hàng loạt và hệ thống AC, bộ shunt chuyển đổi cũng có thé tao ra hoặc hấp thụ

công suất phản kháng để cung cấp cường độ điện áp tại điểm kết nối với hệ thống AC

5 Thiết bị TCSC (Thyristor Controller Series Capacitor) thiết bị bù dọc điều

khiến bằng thyristor

Trang 21

| By pass disconnect | Series capacitor Varistor (1.99 HH { 11 tt r^ LÍ = có 7 Z1 3 _ Reactor Thyristor (0.307 mH) valve | : » {lT Reactor (0.470 mH) ro By pass breaker

Physical structure of one phase of a thyristor-controlled series capacitor (TCSC)

Hình 2.5: Cau trúc của bộ TCSC thực tê trong mạch 1 pha

Tương tự như SVC, phần tử TCSC là thiết bị điều khiển trở kháng nhanh của

đường dây và hoạt động trong điều kiện ổn định của hệ thống điện Nó được tổ hợp từ một hay nhiều module TCSC, mỗi một module bao gồm hai thành phần cơ bản:

- Thành phần cảm kháng có thể thay đổi được điện dung nhờ bộ điều chỉnh van

thyistor

- Thành phần điều khiến bao gồm các thiết bị điện tử như van thyristor; các cửa đóng

mở GTO,

Ngoài ra, TCSC còn có một số thiết bị phụ như bộ lọc f nhằm lọc bỏ các sóng

hài bậc cao, thiết bị đóng ngắt phục vụ các chế độ vận hành của TCSC trong các chế

độ khác nhau của hệ thống điện

Các chức năng chính của TCSC bao gồm: - Làm giảm nguy cơ sụt áp trong ổn định tĩnh

- Giảm sự thay đổi điện ap

- Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

- Tăng cường tính ôn định của hệ thống điện

Trang 22

Tuy nhiên, TCSC còn có nhiều chức năng khác có thể tăng tính linh hoạt trong vận hành các đường dây siêu cao áp nói riêng và HT nói chung Tuy theo yêu cầu của từng đường dây siêu cao áp cụ thể và chức năng của chúng trong từng HTĐ cụ thể mà ta có thể áp dụng các phương pháp, mạch điều khiển TCSC cho phù hợp với các

chế độ vận hành trong HTD

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của TCSC 2.2.1 Cau tao

TCSC (Thyristor controlled series capacitor) la mdt thiét bi ding trong truyén

tải điện, để nâng cao khả năng ổn định của hệ thống điện, đặc biệt là kha năng ổn định

động trong chế độ sự cố Cấu tạo của TCSC bao gồm các tụ điện tĩnh nối tiép (fixed series capacitor - FC) cé dién dung C được nỗi song song với cuộn dây điện cảm có điều chỉnh dòng điện bằng thyristor (Thyristor Controlled Reactor - TCR) Doe ui | | U2

Hình 2.6: Cấu tạo của TCSC

Ngoài ra, nó còn có các cơ chế bảo vệ như: VAR, khe hở phóng điện, máy cắt

(circuit breaker CB) va dao cach ly Cac phương thức bảo vệ sẽ được trình bày ở phân

sau

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Trang 23

10 x — XcXr(œ) Tose = “Xo + Xia) 1 voir 8° = OO 7 Xila) =eÈE —m + 2œ + szn(20œ} k?(œ+ sinơ) 4k2cos”(Š) kơ ơ x: =—Xc|l— 2"(k x tg— —†q— _, “Tese o| (@ —1)n + (2 — tn! * 195 95) k en ee I 2(II — a) —a -

Với IC gọi là góc dân

Với thiết kế điện kháng -ÄÝ ri = @E; với œ = 180Xkúa TCR lớn hơn XÃ

ta luôn có trị số điện kháng đẳng trị của TCSC mang dấu âm (hình vẽ), nghĩa là tương

ứng với tụ bù dọc Khi góc cắt của TCR thay đổi từ 90đến 180, dung kháng của

TCSC thay đổi liên tục từ —.Ãcđến một giá trị âm đủ lớn

2.2.3 Bảo vệ TCSC

Máy cắt MC dùng để đưa TCSC vào hoạt động hoặc cắt ra khỏi lưới khi có yêu

cầu hoặc sự cố Vì tụ điện C rất nhạy cảm với điện áp đặt trên tụ Ve = IeXen én

khi dòng điện chạy qua tụ lớn, đặc biệt trong chế độ sự cố ngắn mạch, Ie tang, can

phải có cơ chế chống quá áp cho tụ

Báo vệ cho tụ điện C gồm nhiều cấp Đầu tiên là van chống quá áp VAR là một

điện trở phi tuyến, bình thường có trị số rất lớn Khi Ứœ > cạn và đạt tới ngưỡng

làm việc của VAR, điện trở của VAR giảm rất nhanh, cho phép dòng In qua VAR,

nhờ đó, giảm điện áp dư trên tụ C

Trang 24

11

Khi tới ngưỡng tác động, Rơ le sẽ có tín hiệu đống máy cắt MC Do đó, toàn bộ các phan tử của TCSC và VAR được nối tắt

Khi đã nối tắt TCSC, có thể đóng dao cách ly DCL vào để nối tắt lâu đài tụ

Ngoài ra còn nhiều cơ chế khác bảo vệ cho TCSC hoạt động tốt

2.2.4 Mô hình điều khiển TCSC

Khi làm việc trong HTD TCSC có 2 chế độ hoạt động Trong chế độ làm việc bình thường TCSC hoạt động với trị số đặt Ão Điểm đặt có thé thay đổi theo thông

số chế độ xác lập thông qua kênh điều khiển riêng (Power Flow Control Loop) Trong

chế độ quá độ, TCSC hoạt động theo kênh điều khiển én dinh (Stability Control

Loop) Đặc trưng động của TCSC phụ thuộc hàm truyền của kênh này

Mô hình điều khiển TCSC bao gồm các khối trễ, khối lọc, khối bù pha, và khối

khuyếch đại, có thể mô tả bằng một số khâu tuyến tính như sau (theo mô hình của chương trình PSS/E): Xmax ` t sTw i~sT3 + , XAR(L)——x» _—» —» by K | —>YAR(L~2) l=sT| li ~sTw il+sT3 xX Xmin WARIL+1)

Trong do: Ty 1a thoi gian trễ của khâu đo lường và chuyển đổi (0<= đị<5), Tava Tala

Trang 25

12

Tín hiệu đầu vào của kênh ổn định hiện nay thường được chế tạo mặc định theo các lựa chọn đại lượng đo trên chính mạch có đặt TCSC, tương ứng làm giảm dao động

dòng (Constant Current Control), giảm đao động góc pha (Constant Angle Control) hoặc giảm dao động công suất (Constant Power Control) của đường dây truyền tải

Thực chất của các thuật toán điều khiến trên là tạo ra tín hiệu thay đổi dung dẫn TCSC

tác động ngược chiều với đạo hàm các đại lượng đo Thật vậy nếu bỏ qua quán tính

(các khâu khuếch đại, dịch pha) ta có hàm truyền đẳng trị: 1 1 G(s) = KsTu on = Kes Tor Ks AXcœ=———A Hy I+sT

Trong đó, q - ký hiệu chung các tín hiệu đo đầu vào

Khi bỏ qua quan tính thay đổi điện kháng (thường nhỏ) ta có: A-Êø = #C/sAq

d AXo(t) = K-2Ar

hay ° đị

° Thuật toán điều khiển TCSC

Hiện nay, thuật toán điều khiển TCSC vẫn còn là vấn đề cần đang cần được nghiên

cứu Thuật toán điều khiển TCSC ảnh hưởng lớn đến khả năng giữ được ổn định động của hệ thống điện Sau đây, sẽ giới thiệu hai phương pháp điều khiển TCSC điền hình:

° Điều khiển TCSC theo tín hiệu đóng cắt

Xét phân tích hiệu quả điều khiển TCSC theo tác động đóng cắt để nâng cao ổn định

Trang 26

13

° Mô hình hệ thống có sử dụng TCSC

Trang 27

14

Đường cong B biểu diễn đặc tính công suất của máy phát ở chế độ xác lập trước khi xảy ra sự cố (TCSC có trị số trung bình) Đường A và C minh họa trạng thái giới hạn của đặc tính công suất dưới tác động của TCSC (ứng với trị số Xemazva Xomin)

Giả sử tại thời điểm sau cắt ngắn mạch eTCSC được đóng thêm đến trị số Xemaz, nang dic tinh céng suat lên theo đường A Diện tích hãm tốc sẽ tăng lên nhiều, đảm bảo ổn định hệ thống với góc lệch tăng cực đại đến Ổmaz Nếu không điều

khiển góc lệch có thể đến Ơ (hoặc mất ơn định nếu đường B thấp hơn)

Tại thời điểm góc lệch bắt đầu giảm Ốmaz cần cắt giảm điện kháng về -Ã man

Tác động này làm giảm được diện tích gia tốc theo chiều âm, nhờ thế dao động góc

lệch giảm về trị số nhỏ nhất chỉ dén Simin Tương tự khi dtang, dé giảm diện tích gia tốc theo chiều dương lại cần tác động đưa trị số điện kháng lên -XGmax một lần nữa,

trước khi trả về trạng thái ban đầu Xo Sau 4 tác động hệ thống chỉ còn dao động rất nhỏ xung quanh vị trí cân băng

Dễ thấy, các điều khiển dạng rời rạc, nêu thực hiện đúng sẽ mang lại hiệu quả tôi đa Tuy nhiên chọn đúng thời điểm tác động và thực hiện điêu khiên được là nội dung hét sức quan trọng Mục này sẽ xem xét vân để tạo các tác động điêu khiên hiệu

quả cho TCSC

Diéu khién TCSC theo tác động tối ưu

Xét tiêu chuẩn điều khiển tối ưu quá trình quá độ, đó là cực tiểu hàm năng

lượng toàn phần ở cuối quá trình quá độ được điều khiển Sau kích động (sự cố) hệ thống tích lũy một năng lượng, gồm thế năng do trạng thái hệ thống lệch khỏi điểm cân bằng và động năng do chuyên động có vận tốc Năng lượng này là nguyên nhân

gay ra mất ôn định, cần được đưa về trị số 0 (ở chế độ xác lập mới) Đối với HTD đơn

Trang 28

15

đỗ

2 898 Saree

Trong đó: boc: biéu thi goc léch 6 CDXL moi dt 0 là độ lệch tần số quay của máy phát Về nguyên tắc cần cực tiểu hóa hàm năng lượng tại thời

điểm cuối của quá trình điều khiển: W(6,s);-7 — min

Giả thiết quá trình quá độ đang diễn ra ở thời điểm 7 Xét 2 khả năng: điều

chỉnh dung lượng bù tại thời điểm này và trì hoãn đến 7 + 7

Khi điều chưa điều chỉnh dung lượng bù, tại r hàm mục tiêu có trị sỐ W(kèn

tại TRHATóC tị số Wr+Ar7tuong ứng với số gia:

AW = Wt(} — Wir + Ar)

Bây giờ căn cứ vào dấu của AW/có thể quyết định được thời điểm đóng cắt tối ưu Nếu tại thời điểm đang xét AWử có dấu âm, có nghĩa là việc trì hoãn tác động sẽ

có lợi do hàm mục tiêu W giảm (không đưa ra tác động tại 7) Nếu tại thời điểm xét

AMZ>0 việc điều chỉnh ngay dung lượng bù là cần thiết để hàm mục tiêu W không

tăng thêm

Theo, dùng phương pháp biến phân tham số, gọi 7là thời điểm tác động đóng

cắt tụ Ta cần lựa chọn theo tiêu chuẩn tối ưu Ta có thể tính đạo hàm của hàm mục

tiêu tại ngay thời điểm 7:

Trang 29

16

Xét trong một khoảng thời gian nhỏ (Á7nào đó, TCSC không thay đổi đột biến nhưng thay đổi một lượng nhỏ À-Ãz Khi đó tốc độ biến thiên của hàm mục tiêu tính

được theo biêu thức: dW Az—t = EU Ays(r)sind(7) dw >0 Tác động là hiệu quả nếu để „ bởi nếu đạo hàm âm thì không nên tác động Mặt khác ta có: Ay = y AXe dq AXe = kes Ar Mao dt , Như vậy tiêu chuẩn hiệu quả điều khiển với tín hiệu q() nào đó sẽ có dạng: dW T ly = Buy s.sind.ko a >0 — * c c2 Ls dq

Dựa vào biểu thức trên, ta xét hiệu quả của một số tác động điều khiển thường dùng

Hiệu quả điều khiển theo tín hiệu đo là công suất truyền tải Với công suất truyền tải ta có : q(t) = P(t) = EV ysind dg dỗ a ee BU ycosd = Fuyscosd Thay vào biểu thức đạo hàm của hàm mục tiêu ta nhận được: dw = (EU)? °s?k,sinỗcosỗ dtr |; Biểu thức trên cho thấy tác động chỉ có hiệu quả khi góc lệch ổdao động trong phạm vi: sindcosdhay 0 < 6 < 90°

Trang 30

17

Hình 2.8: TCSC tác động theo tín hiệu dòng công suất Với dòng điện trên đường dây ta có:

g(t) = I =yVE? + U? — 2Eucosd

dq_ di yEU s.sind

dt dt ˆ VE?2+?— 2Ecosà

aw _ (EU)? ys?k,.s? sin?d

Thay vào, ta có: @7 7 +U? — 2Eucasé

Biểu thức trên luôn luôn dương chứng tỏ điều khiển theo tín hiệu dòng điện dat

được hiệu quả ở mọi phạm vi dao động góc lệch ova biến thiên tần số quay s của máy phát Tuy nhiên, nhìn vào biểu thức lại thấy rằng điều khiển có hiệu quả cao nhất rơi

vào lúc ô = 90 Khi góc lệch nhỏ hiệu quả điều khiển sẽ thấp (cũng chính là ở giai đoạn đầu của quá trình quá độ), trong khi điều khiển theo công suất hiệu quả lớn nhất

Trang 31

18

CHƯƠNG 3

TONG QUAN VE LINH VUC NGHIEN CUU

3.1 TCSC và bài toán giảm tốn thất

-Trong [1], Mancer và cộng sự đã sử dụng giải thuật PSO cải tiến để tối ưu hóa vị trí TCSC giảm tốn that công suất tác dụng trong nghiên cứu này, tác giả đã so sánh giải thuật PSO với các giải thuật SPSO (simple particle swarm algorithm) và SGA (simple genetic algorithm) Kết quả cho thấy việc đặt TCSC trên hệ thống điện giúp giảm đáng kể tốn thất công suất Ngồi ra, bài tốn giảm tổn thất công suất sử dụng

thiết bị FACTS cũng được rất nhiều nghiên cứu quan tâm [1-6] như là hàm mục tiêu

thành phần không thể thiếu trong bài toán tối ưu vị trí và dung lượng thiết bị FACTS

- Trong [11], Đề tài “Nghiên cứu khả năng sử dụng thiết bị TCSC để nâng cao

khả năng truyền tải của hệ thống điện 500KV Việt Nam” của Lý Quỳnh Miên, Nguyễn Văn Thắng, ĐH Bách Khoa, về khả năng truyền tải của đường dây siêu cao áp và các tiêu chí kỹ thuật liên quan như điện áp vận hành, ốn định, tổn thất công suất trên

đường dây, là những vấn đề được các nhà nghiên cứu, kỹ sư thiết kế, vận hành đặt

biệt quan tâm Hệ thống điện 500kV Việt Nam được xây dựng và đưa vào vận hành từ năm 1994, sau hơn 15 năm vận hành hệ thống này được liên tục mở rộng và phát triển

(hệ thống gồm có 7650 MVA) nhằm đáp ứng yêu cầu truyền tải, cung cấp điện cho phụ tải của cả nước Qua quá trình thực tế vận hành hệ thống điện đã xuất hiện các chế độ vận hành mà công suất truyền tải trên đường dây khá lớn -mùa hè, các hồ của nhà máy thủy điện ở Miền Bắc thiếu nước không thể phát đáp ứng yêu cầu phụ tải nên phải huy động lượng công suất từ miền Nam và miền Trung ra miền Bắc làm cho các đường dây bị quá tải, điện áp tại một số nút trên đường dây giám thấp đễ dẫn đến mắt

ổn định điện áp Từ thực tiễn vận hành đặt ra yêu cầu cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư

Trang 32

19

3.2 TCSC và bài toán cải thiện điện áp

-Trong [3] Gerbex và cộng sự đã tối ưu thiết bị FACTS trong đó có TCSC để

nâng cao khả năng mang tải của hệ thống điện, trong đó quan tâm đến độ ôn định điện

áp của hệ thống Trong [5], Jigar S.Sardal và cộng sự đã giải bài toán duy trì điện áp

trong ngưỡng cho phép bằng thiết bị FACTS

- Trong [10], Dé tài “Nghiên cứu tính toán,lắp đặt thiết bị TCSC hoặc TCPAR

kết hợp SVC để nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện Việt Nam giai đoạn đến

năm 2020” của Lê Quang An,Phạm Châu Tuấn _công ty truyền tải điện 2

Từ khi đường dây 500kV đưa vào vận hành năm 1994 đã liên kết hệ thống điện

ba miền Bắc — Trung — Nam của nước ta thành hệ thống điện hợp nhất Việt Nam Thời gian qua, hệ thống điện liên tục được mở rộng và phát triển, đến nay tông chiều đài

đường dây 500kV đã lên đến 3131 km, tổng công suất lắp đặt của các nhà máy là

12357 MW Theo qui hoạch tông sơ đồ VI (giai đoạn đến năm 2020) tổng chiều dài

đường dây 500kV là 9092 km và tổng công suất lắp đặt của các nhà máy là 52271MW Trong quá trình thiết kế, xây dựng và vận hành HTĐ hợp nhất có đường dây siêu cao áp 500kV đã xuất hiện nhiều vấn dé kỹ thuật khác với hệ thống điện nhỏ

điện áp thấp Đó là: giới hạn truyền tải công suất trên các đường dây không còn phụ

thuộc điều kiện phát nóng hay điều kiện tổn thất điện áp trên đường dây mà phụ thuộc

giới hạn ổn định tĩnh; Khi có sự cỗ ngắn mạch trên các đường dây tải nặng thì dự trữ

én định động bé, do đó dễ dẫn đến dao động lớn có thể gây mat én định dẫn đến tan rã

hệ thống: Trào lưu công suất trong hệ thống thay đổi theo mùa dẫn đến điện áp các nút

biến động lớn theo chế độ vận hành thường không thể khắc phục được bằng các thiết bị bù cố định Thực tế vận hành đã có các trường hợp sự cố vào các ngày 17/5/2005,

27/12/2006, 20/7/2007 và ngày 04/9/2007, gây mất điện một vùng rộng lớn trong

nhiều giờ liền Để đảm bảo cho HTĐ vận hành an toàn và tin cậy cần thiết tìm các giải

pháp kỹ thuật hợp lý để nâng cao độ dự trữ én định, điều khiển trào lưu công suất trong hệ thống để chống sụp đỗ điện áp Giải pháp mà đề tài lựa chọn là sử dụng công

Trang 33

20

TCPAR hoặc TCSC kết hợp với SVC để điều khiển nâng cao ổn định điện áp nút phụ

tải theo chế độ vận hành

3.3 Tối ưu vị trí và dung lượng TCSC với hàm đa mục tiêu

Trong [1], Mancer và cộng sự đã sử dụng giải thuật PSO cải tiến để tối ưu hóa

vị trí TCSC thỏa mãn hàm đa mục tiêu bao gồm giảm tổn thất công suất và cải thiện

cầu hình điện áp trên lưới điện Kết quả kiểm tra giải thuật đề xuất cho thấy, việc đặt

TCSC góp phần cải thiện đáng kể các chỉ tiêu kỹ thuật đặt ra Trong [2], Dahej và cộng sự, sử dụng giải thuật di truyền nhị phân kết hợp với giải thuật tối ưu bầy đàn

(hybrid binary genetic algorithm and particle swarm optimization) để tối ưu hóa vị trí TCSC kết hợp với SVC để nâng cao độ ồn định điện áp hệ thống và giảm tổn thất công

suất Hiệu quả của giải thuật để xuất được so sánh với giải thuật PSO và GA Kết quả cho thấy việc đặt thiết bị TCSC và SVC đã làm giảm tổn thất công suất và nâng cao độ ồn định điện áp Trong khi đó bài toán tối ưu thiết bị FACTS trong [4] được giải quyết

Trang 34

21

CHƯƠNG 4

GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN PSO

4.1 Tống quan về các thuật toán

Thuật toán tối ưu bầy đàn PSO (Particle Swarm Optimization) là một trong

những thuật toán tiến hóa, dựa trên khái niệm trí tuệ bầy đàn để giải các bài toán tối ưu hóa PSO được giới thiệu vào năm 1995 tại một hội nghị của IEEE bởi James Kennedy

và Russell C Eberhart [6] Thuật toán có nhiều ứng dụng quan trọng trong tất cả các

lĩnh vực mà ở đó đòi hỏi phải giải quyết các bài toán tối ưu hóa

Để hiểu rõ thuật toán PSO chúng ta hãy xem một ví dụ đơn giản về quá trình tìm kiếm thức ăn của một đàn chim Không gian tìm kiếm thức ăn lúc này là tồn bộ khơng gian ba chiều mà chúng ta đang sinh sống Tại thời điểm bắt đầu tìm kiếm cả đàn bay theo một hướng ngẫu nhiên nào đó Sau một khoảng thời gian tìm kiếm một số cá thể trong đàn bắt đầu tìm ra được nơi có chứa thức ăn Tùy theo số lượng thức ăn

vừa tìm kiếm, mà cá thể gửi tín hiệu đến các cá thể khác đang tìm kiếm ở vùng lân

cận, tín hiệu này nhanh chóng lan truyền trên toàn quần thể Dựa vào thông tin nhận

được mỗi cá thể sẽ điều chỉnh hướng bay và vận tốc theo hướng về nơi có nhiều thức

ăn nhất Như vậy đàn chim đã dùng trí tuệ, kiến thức và kinh nghiệm của cả đàn để

nhanh chóng tìm ra nơi chứa thức ăn

Hãy xét bài toán tối ưu của hàm số Ƒ trong không gian ø chiều Mỗi vị trí trong

không gian là một điểm tọa độ z chiều Hàm # là hàm mục tiêu xác định trong không gian n chiều và nhận giá trị thực Mục đích là tìm ra điểm cực tiểu của hàm F trong miền xác định nào đó Chúng ta bắt đầu xem xét sự liên hệ giữa bài toán tìm thức ăn với bài toán tìm cực tiểu của hàm theo cách như sau Giả sử rằng số lượng thức ăn tại

một vị trí tỉ lệ nghịch với giá trị của hàm # tại vị trí đó Có nghĩa là ở một vị trí mà giá trị hàm Ƒ càng nhỏ thì số lượng thức ăn càng lớn Việc tìm vùng chứa thức ăn nhiều

Trang 35

22

PSO là phương pháp tiếp cận một cách ngẫu nhiên và dựa trên quần thê để giải quyết vấn đề Đây là một loại trí tuệ bầy đàn được dựa trên nền tảng tâm lý bầy đàn và tập tính xã hội, nó được ứng dụng rất tốt vào trong kỹ thuật Thuật toán PSO được sử dụng rất thành công trong việc giải quyết các vấn đề tối ưu tô hợp Thuật toán PSO là một thuật toán không phụ thuộc, nghĩa là có rất ít các hiểu biết có liên quan được đưa ra để giải quyết vấn đề Tất cả chúng ta chỉ cần đánh giá mục tiêu cần đạt được cho mễi vấn đề cần giải quyết Lợi điểm này làm cho PSO trở nên thiết thực hơn các thuật toán khác Trong những năm gần đây, thuật toán PSO đã đạt được độ chín cần thiết để thu hút sự quan tâm của mọi người

4.2 Các biểu thức cơ bản của thuật toán PSO

Xem xét một vấn đề tối ưu với d biến Một hệ gồm N cá thể được khởi tạo, mỗi cá thể có một vị trí ngẫu nhiên trong không gian tìm kiếm Vị trí mỗi cá thể tương ứng

với một giải pháp ứng viên cho vấn đề tối ưu Chi sé x chỉ vị trí của cá thé va v chi tốc độ bay của cá thể trong không gian giải pháp Mỗi cá thể x trong hệ được ghi nhận bằng một hàm ghi nhận gọi là hàm mục tiêu Hàm mục tiêu biểu diễn tính chất tốt của

giải pháp được tìm thấy Vị trí tốt nhất của cá thể trước đó được gọi là Pbes/ Chỉ số của cá thể tốt nhất trong số các cá thể trong hệ gọi la Gbest Mỗi cá thê phi nhận vị trí tốt nhất của riêng mình (Pöes/) và biết được vị trí tốt nhất được tìm thấy bởi tất cả các

ca thé trong hé (Gest) Sau đó, tất cả các cá thé sẽ bay trên không gian giải pháp dé cập nhật qui luật của vị trí mới cho đến khi vị trí tối ưu toàn cục được tìm thấy Vận tốc và vị trí của cá thể được cập nhật bởi các phương trình sau [12]:

Trang 36

23

a : Trọng số quán tính

Cy : Hệ số kinh nghiệm của cá thé C2 : Hệ số quan hệ xã hội của cá thể

Rand () : Số ngẫu nhiên trong khoảng [0, 1]

Pbest : Vị trí tốt nhất của cá thể ¡ cho đến vòng lặp k

Gbest* : Vị trí tốt nhất cha quan thé cho đến vòng lặp k

Phương trình (4.1) chỉ ra vận tốc của cá thể được mô phỏng theo 3 thành phần Thành phần đầu tiên là tốc độ trước đó của cá thể (V;*) tỉ lệ với trọng số quán tính (œ)

Thành phần này được biết đến như thói quen của cá thể Thành phần thứ 2 là thành

phần hướng đến vị trí tốt nhất trước đó của nó (Pbest"), thành phần này tỉ lệ với hằng số gia tốc c¡ và một số ngẫu nhiên Thành phần này được biết đến như kinh nghiệm

của bản thân cá thể Thành phần thứ 3 là thành phần hướng đến vị trí tốt nhất toàn cục

Gbest", thành phần này tỉ lệ với hằng số gia tốc cạ và một số ngẫu nhiên Thành phần này được biết đến như thành phần quan hệ xã hội của cá thể Hình 4.1 biểu diễn nguyên lý tìm kiếm của thuật toán PSO bằng cách cập nhật qui luật gia tốc (phương trình 4.1) và qui luật cập nhật vị trí (phương trình 4.2)

Ọ >

Hình 4.1 Nguyên lý thay đổi vị trí của thuật toán PSO

Trong phương trình (4.1), œ được mô phỏng theo phương trình sau:

@ = Wingy — Sm x Jer Itrmax (4.3)

Trong do:

max: Hé s6 quan tính lớn nhat

Trang 37

24

Irma„: Số lần lặp lớn nhất

Itr: Số lần lặp hiện tại

Trình tự thực hiện giải thuật PSO trong các bài toán tối ưu như sau:

Bước 1: Khởi tạo bầy đàn với vị trí và giá trị vận tốc ngẫu nhiên trong không gian tìm

kiếm; chọn lựa các thông số của PSO

Bước 2: Với mỗi cá thể, tính toán giá trị hàm mục tiêu với d biến

Bước 3: So sánh giá trị hàm mục tiêu của cá thể với Pụes Nếu giá trị hàm mục tiêu hiện tại tết hơn gia tri Presi, Cap nhat gid tri Presti bang giá trị hàm mục tiêu hiện tại Tìm ra cá thể trong bầy đàn có giá trị hàm mục tiêu tốt nhất và gán chỉ số vị trí của cá thể vào biến Gbest

Bước 4: Thay đổi vận tốc và vị trí của cá thể theo biểu thức vận tốc và vi trí Bước 5: Tăng vòng lặp để kiểm tra quần thể ở bước tiếp theo

Bước 6: Quay lại bước 2 cho đến khi điều kiện ngừng lặp thỏa mãn (thông thường là số lượng vòng lặp tối đa)

Trang 38

25 Chọn các thông số của PSO: Số các thể N, các hằng sô C¡, Co, Wmax, Wmn Ỷ Khởi tạo giá trị ban đầu của vị trí và vận tốc của các cá thé > r Tính toán giá trị hàm mục tiêu của mỗi cá thể Ỷ Tính toán các giá trị Pbest và Gbest từ mỗi cá thể Cập nhật vận tốc và vị trí của các cá thế Ỷ iteration = iteration + 1 YES iteration <= iterationmax Xuất kết quả Gbest và giá trị fitness tương ứng Kết thúc Hình 4.2 Lưu đề thuật toán PSO 4.3 Ứng dụng thuật toán PSO trong bài toán tối ưu vị trí và dung lượng TCSC 4.3.1 Thiết bị FACTS - TCSC

Trong nghiên cứu này, thiết bi FACTS duoc sir dung để lựa chọn dung lượng và vị trí

thích hợp để nâng cao chất lượng hệ thống điện, đó là TCSC (Thyristor Controlled

Trang 39

Hình 4.3 Thiết bị TCSC

Dòng công suất Pị truyền trên đường dây i-j phụ thuộc vào điện kháng đường

dây Xị, độ lớn điện áp hai nút Vị, Vị và góc lệch pha ö; - ồ; giữa nút truyền và nhận

Pụ = “E 2sin(8; — 5) (4.4)

ij

TCSC có thể làm thay đổi điện kháng đường đây Phân bố dòng công suất có thể được điều khiển và tối ưu bằng việc thay đổi các thông số hệ thống sử dụng các

thiết bị TCSC Vì vậy, tối ưu hóa vị trí và dung lượng các thiết bị TCSC có thể nâng

cao chất lượng hệ thống điện

TCSC hoạt động như một thiết bị bù dung kháng và cảm kháng bằng việc điều

chính điện kháng của đường dây truyền tải Điều này làm thay đổi dòng công suất đo bởi có sự thay đổi tông trở nối tiếp Trong luận văn này, TCSC được mô hình hóa bằng việc thay đổi tổng trở đường dây như sau:

Xij = Xtine + Xresc (4.5)

Xtcse = Krese X Xtine (4.6)

Trong đó, Xin¿ điện kháng đường dây truyền tải, krcsc chỉ sô bù của TCSC

Công suất của bộ TCSC phụ thuộc vào đường dây đặt TCSC Để ngăn ngừa việc quá

bù, điện kháng TCSC được chọn trong giới hạn -0.8Xjine đến 0.2Xne

Dung lượng của TCSC được tính bằng hiệu số của công suất phản kháng trên

đường dây trước và sau khi đặt TCSC [12]:

Trang 40

27

4.3.2 Xây dựng hàm mục tiêu bài toán

Mục tiêu chính của thuật toán tối ưu hóa vị trị đặt TCSC trong luận văn là giảm

tổn thất công suất và giảm chỉ phí đầu tư thiết bị Bài toán tối ưu đa mục tiêu phi tuyến

được mô tả như sau:

Tối ưu hóa vị trí và dung lượng TCSC để thỏa mãn các điều kiện kỹ thuật có xem xét đến hiệu quả kinh tế là bài toán đa mục tiêu Trong phạm vi luận văn, bài toán này có ba mục tiêu phải tối đồng thời được cực tiểu Hàm mục tiêu có thể được thể

được biểu diễn như sau:

Fitness = F[f)(x), fo(x), (x)] (4.8) Trong đó, x là vectơ điều khiển các biến

Các hàm mục tiêu thành phần của Fitness được mô tả lần lượt như sau: Tổn thất công suất tác dụng:

AiG) = Di Pitoss (4.9)

Hàm f¡(x)thể hiện tổng tốn thất công suất tác dụng của hệ thống Trong đó, Piisslà tổn thất công suất tác dụng trên nhánh thứ ¡th và Nụn; là tổng số đường dây

truyền tải của hệ thông điện Chi phi đầu tư thiết bị TCSC:

Chi phi đầu tư bộ điều khiển thiết bịTCSC phụ thuộc vào kích cỡ và loại thiết bị

sử dụng được thể hiện bằng ham f>(x) nhu sau:

f(x) = Crcsc (4.10)

Trong đó, Crcsc là hàm đơn giá cha TCSC (US$/kVAr) Ham don giá của

TCSC được chọn dựa trên [1,6,7]:

Cresc = 0.0015s? — 0.7135 + 153.75 (4.11)