Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối điện sử dụng các thiết bị d FACTS

i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Đối tượng nghiên cứu Luận án Các mục tiêu nghiên cứu Luận án Phương pháp thực Ý nghĩa khoa học thực tiễn Luận án Các đóng góp Luận án Bố cục Luận án Chương TỔNG QUAN CÁC BÀI TOÁN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN 1.1 Tổng quan chất lượng điện giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới phân phối 1.1.1 Tóm tắt tượng chất lượng điện lưới phân phối 1.1.2 Sụt giảm điện áp điện ngắn hạn [23, 49] 1.1.3 Sóng hài [20, 30, 59, 79] 13 1.2 Tổng quan nghiên cứu giải pháp sử dụng thiết bị CPD để nâng cao chất lượng điện lưới phân phối điện 17 1.2.1 Quan điểm thực giải pháp 17 1.2.2 Mơ hình tốn nâng cao CLĐN lưới phân phối sử dụng thiết bị CPD 18 1.2.3 Tổng quan phương pháp giải 22 1.3 Những vấn đề tồn 26 1.3.1 Đối với nghiên cứu giới 26 1.3.2 Đối với nghiên cứu nước 27 1.4 Lựa chọn hướng nghiên cứu luận án 27 1.5 Kết luận Chương 28 Chương ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG DVR VÀ D-STATCOM NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN 29 2.1 Đặt vấn đề 29 2.2 Tóm tắt cấu trúc, nguyên lý vận hành ứng dụng DVR 30 2.2.1 Cấu trúc DVR 30 2.2.2 Ứng dụng chế độ vận hành DVR 31 2.2.3 Các thuật toán điều khiển áp dụng DVR 35 ii 2.3 Tóm tắt cấu trúc, vận hành D-STATCOM ứng dụng 38 2.3.1 Nguyên lý vận hành D-Statcom 38 2.3.2 Ứng dụng 39 2.3.3 Bộ nghịch lưu nguồn áp (Voltage Source Converter - VSC) hệ thống điều khiển 40 2.4 Mô so sánh tác dụng DVR D-Statcom việc khắc phục sụt giảm điện áp ngắn hạn 40 2.4.1 Mô lưới phân phối mẫu 13 nút IEEE có DVR D-Statcom 41 2.4.2 Mô kết mô 44 2.5 Mô so sánh tác dụng DVR D-Statcom hạn chế sóng hài 46 2.5.1 Đặt vấn đề toán 46 2.5.2 Mơ lò hồ quang 46 2.5.3 Mô lưới phân phối mẫu 13 nút có lò hồ quang kịch đặt DVR D-Statcom 47 2.5.4 Phân tích kết mô 48 2.6 Kết luận chương 54 Chương ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN DI TRUYỀN TỐI ƯU HĨA VỊ TRÍ TỤ BÙ NHẰM GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN SÓNG HÀI 56 3.1 Đặt vấn đề 56 3.2 Tổng quan nghiên cứu tốn tối ưu hóa nâng cao CLĐN lưới phân phối sử dụng tụ bù công suất phản kháng 56 3.3 Phân tích, lựa chọn phương pháp giải 57 3.4 Thành lập toán tối ưu hóa vị trí dụng tụ bù cơng suất phản kháng nhằm giảm tổn thất điện lưới phân phối ứng dụng thuật tốn di truyền (GA)…………58 3.4.1 Mơ tả hệ thống lưới phân phối 58 3.4.2 Thành lập toán phương pháp giải 59 3.4.3 Phương pháp giải tổng quát 61 3.4.4 Áp dụng thuật toán di truyền để giải tốn tối ưu hóa vị trí tụ bù CSPK 61 3.4.5 Kết đạt 63 3.5 Thành lập tốn tối ưu hóa vị trí tụ điện nhằm giảm tổn thất điện biến dạng sóng THD lưới phân phối ứng dụng thuật toán di truyền (GA) 66 3.5.1 Mô tả hệ thống lưới nghiên cứu 66 3.5.2 Xây dựng mơ hình toán phương pháp giải 67 3.6 Kết luận Chương 75 Chương TỐI ƯU HĨA VỊ TRÍ VÀ CƠNG SUẤT CÁC THIẾT BỊ CPD NHẰM NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG DÙNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (GA) 76 iii 4.1 Đặt vấn đề 76 4.2 Tổng quan toán cải thiện CLĐN lưới phân phối sử dụng thiết bị CPD nhằm khắc phục sụt giảm điện áp ngắn hạn 76 4.2.1 Vấn đề nghiên cứu tồn 76 4.2.2 Hướng giải luận án 78 4.3 Mơ hình tốn thiết bị CPD khắc phục sụt giảm điện áp ngắn hạn 78 4.3.1 Mô hình tốn thiết bị DVR 79 4.3.2 Mơ hình tốn thiết bị D-Stacom 79 4.4 Xây dựng mơ hình giải tốn lựa chọn vị trí cơng suất thiết bị DVR nhằm khắc phục sụt giảm điện áp ngắn hạn 81 4.4.1 Xây dựng mơ hình tốn 81 4.4.2 Phân tích kết 89 4.5 Xây dựng mơ hình giải tốn lựa chọn vị trí cơng suất thiết bị D-Statcom nhằm khắc phục sụt giảm điện áp ngắn hạn 93 4.5.1 Xây dựng toán 94 4.5.2 Phân tích kết 98 4.6 Kết luận 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 112 PHỤ LỤC 113 PHỤ LỤC 114 PHỤ LỤC 115 PHỤ LỤC 116 I Khái niệm thuật toán 116 II Các thành phần GA 117 PHỤ LỤC 123 PHỤ LỤC 126 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AF Active power filter ANN Artificial Neural Network BĐN Biến thiên điện áp ngắn hạn CBEMA Computer Business Equipment Manufacturers Association CPD Custom power devices CLĐN Chất lượng điện CSPK Công suất phản kháng CSI Current Source Inverter DVR Dynamic voltage restorer D-Statcom Distribution Static Compensator DP Dynamic Programming EN European Standard IEEE Viện kỹ thuật điện điện tử (Institute of Electrical and Electronics Engineers) IEC International Electrotechnical Commission ITIC Information Technology Industry Council IPFC interline power flow controller GA Genetic Algorithm GSA Gravitational Search Algorithm HTĐ Hệ thống điện HO Hybrid Optimization FACTS Flexible Alternating Current Transmission Systems MBA Máy biến áp NGA Niching type of GA NPV Net Present Value THD Total Harmonic Distortion SANH Sụt giảm điện áp ngắn hạn SA Simulated Annealing STATCOM Static synchronous compensator SSSC Static synchronous series compensator v SVC Static Var Compensator UPFC Unified power flow controller UPQC Unified power quality conditioner VSI Voltage Source Inverters UPS Uninterruptible Power Supply U1 Điện áp Uk Điện áp sóng hài bậc k Uhd Điện áp hiệu dụng PCC Point of Common Connection PSO Particle swarm optimization QRA Quality, reliability, and availability pu Per unit system – Hệ đơn vị tương đối ĐTPT Đồ thị phụ tải TTĐN Tổn thất điện TTCS Tổn thất công suất vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Nhóm, đặc tính tượng chất lượng điện hệ thống điện theo IEEE 1159-1995………………………………………… Bảng 1.2 Tiêu chuẩn EN50610: Giới hạn Uh điểm cấp điện………………… 15 Bảng 1.3 Yêu cầu biến dạng sóng điện áp………………………………….…… 15 Bảng 1.4 Bậc biên độ sóng hài sinh ghép converter xung…… 16 Bảng 2.1 Thơng số cấu hình DVR D-Statcom…………………………… 42 Bảng 2.2 Thơng số lò hồ quang điện (Nguồn [14])………………………………… 48 Bảng 2.3 Điện áp nút THD trước sau có DVR, kịch thứ nhất…… 50 Bảng 2.4 Điện áp nút THD trước sau có D-Statcom, kịch thứ 51 Bảng 2.5 Điện áp nút trước sau có DVR D-Statcom, kịch thứ hai…………………………………………………………………………… 53 Bảng 3.1 Công suất phụ tải sử dụng tính tốn……………………………… 72 Bảng 4.1 Kết tính tốn chọn DVR ứng với ngắn mạch nút 8…………… 89 Bảng 4.2 Điện áp 16 nút trước sau có DVR ứng với ngắn mạch nút 10 91 Bảng 4.3 Kết tính tốn chọn DVR ứng với ngắn mạch nút 13………… 92 Bảng 4.4 Kết tính toán chọn D-Statcom ứng với ngắn mạch nút 8…… 98 Bảng 4.5 Kết tính tốn chọn D-Statcom ứng với ngắn mạch nút 10…… 100 Bảng 4.6 Kết tính tốn chọn D-Statcom ứng với ngắn mạch nút 13…… 101 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 0.1 Cấu trúc luận án………………………………………………………………… Hình 1.1 Phân loại tượng chất lượng điện áp (IEEE 1159-1995)……………… Hình 1.2 Minh họa nguyên nhân gây SANH lưới ngắn mạch…………………… Hình 1.3 Sụt giảm điện áp ngắn hạn dạng chữ nhật………………………………………… Hình 1.4 Sụt giảm điện áp ngắn hạn khởi động động cơ………………………………… Hình 1.5 Các đặc tính chịu điện áp CBEMA ITIC……………………………………… 10 Hình 1.6 So sánh đặc tính CBEMA, ITIC, SARFI 90 SEMI F47-0200…………… 10 Hình 1.7 Nguồn dự phòng UPS nối phụ tải nhạy cảm……………………………………… 11 Hình 1.8 Khắc phục lõm điện áp dùng MBA cộng hưởng sắt từ…………………………… 11 Hình 1.9 Bảo vệ phụ tải nhạy cảm dùng DVR Statcom………………………………… 12 Hình 1.10 Dạng đặc tính U-I phi tuyến biến dạng sóng điện áp đầu cực lò hồ quang điện……………………………………………………………………………… 13 Hình 1.11 Số lượng báo có số (indexed) lĩnh vực tối ưu thiết bị CPD……… 23 Hình 2.1 Mơ hình nối lưới DVR…………………………………………………………… 30 Hình 2.2 DVR ứng dụng để bảo vệ tải nhạy cảm…………………………………………… 32 Hình 2.3 DVR ứng dụng để ngăn chặn phát sinh tượng CLĐN………………… 32 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động chế độ dừng thiết bị DVR……………………… 33 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động chế độ chờ thiết bị DVR………………………… 33 Hình 2.6 Sơ đồ vector phương pháp bù đồng pha…………………………………………… 34 Hình 2.7 Sơ đồ khối giản thiểu thuật tốn vòng khóa pha (Phase Locked LoopPLL)…………………………………………………………………………………… 38 Hình 2.8 Cấu trúc chức D-Statcom…………………………………………… 39 Hình 2.9 Lưới phân phối mơ có DVR D-Statcom……………………………… 41 Hình 2.10 Mơ Simulink lưới phân phối mẫu 13 nút IEEE có DVR DStatcom………………………………………………………………………………… 42 Hình 2.11 Mơ Simulink sơ đồ điều khiển kết nối DVR…………………………… 43 Hình 2.12 Mơ Simulink sơ đồ điều khiển kết nối D-Statcom……………………… 43 Hình 2.13 Kết mô lưới IEEE 13 với DVR ngắn mạch ba pha đối xứng 633………………………………………………………………… 44 Hình 2.14 Kết mơ lưới IEEE 13 với D-Statcom ngắn mạch ba pha đối xứng 633……………………………………………………… 45 Hình 2.15 Mơ Matlab/Simulink pha A lò hồ quang điện [14] ………………… 47 Hình 2.16 Mơ lưới điện mẫu 13 nút có lò hồ quang điện…………………………… 48 Hình 2.17 Điện áp nút 645 lò hồ quang nối vào nút 633 chưa có thiết bị DVR…… 49 viii Hình 2.18 Phổ sóng hài điện áp nút 645 lò hồ quang nối vào nút 633 chưa đặt DVR……………………………………………………………………………………… 49 Hình 2.19 Điện áp nút 645 lò hồ quang nối vào nút 633 DVR đặt nhánh 645632……………………………………………………………………………………… 49 Hình 2.20 Phổ sóng hài điện áp nút 645 lò hồ quang nối vào nút 633 DVR đặt nhánh 645-632………………………………………………………………………… 50 Hình 2.21 Điện áp nút 645 lò hồ quang nối vào nút 633 D-Statcom đặt nút 645 50 Hình 2.22 Phổ sóng hài điện áp nút 645 lò hồ quang nối vào nút 633 D-Statcom đặt nút 645………………………………………………………………………… 51 Hình 2.23 Phổ sóng hài điện áp nút 692 lò hồ quang nối vào nút 633 chưa đặt DVR……………………………………………………………………………………… 52 Hình 2.24 Phổ sóng hài điện áp nút 692 lò hồ quang nối vào nút 633 DVR đặt nhánh 52 671-692 Hình 2.25 Phổ sóng hài điện áp nút 692 lò hồ quang nối vào nút 633 D-Statcom đặt nút 692………………………………………………………………………… 52 Hình 2.26 Phân tích FFT biến dạng điện áp chu kỳ nút 633 lò hồ quang nối vào nút 633 chu kỳ đầu nối LHQ……………………………… 54 Hình 3.1 Sơ đồ lưới phân phối 16 nút lưới phân phối mẫu)………………… ……………… 58 Hình 3.2 Đồ thị phụ tải điển hình……………………………………………………………… 60 Hình 3.3 Các bước nguyên tắc thực thuật tốn GA…………………………………… 62 Hình 3.4 Sơ đồ khối bước tính tốn lựa chọn vị trí tụ bù nhằm giảm tốn thất sử dụng thuật tốn GA…………………………………………………………………… 63 Hình 3.5 Biên độ điện áp nút trước bù tối ưu sau bù tụ 25kVar, vị trí…… 64 Hình 3.6 Biên độ điện áp nút trước bù tối ưu sau bù tụ 25kVar, vị trí…… 65 Hình 3.7 Biên độ điện áp nút trước bù tối ưu sau bù tụ 50kVar, vị trí…… 65 Hình 3.8 Sơ đồ lưới phân phối 16 nút lưới phân phối mẫu có sóng hài………………… 67 Hình 3.9 Sơ đồ khối bước tính tốn lựa chọn vị trí tụ bù nhằm giảm tốn thất THD sử dụng thuật tốn GA………………………………………………………………… 71 Hình 3.10 Biên độ điện áp THD nút trước bù sau bù tối ưu tụ 25kVar………………………………………………………………………………… 73 Hình 3.11 Biên độ điện áp THD nút trước bù sau bù tối ưu tụ 25kVar………………………………………………………………………………… 74 Hình 3.12 Biên độ điện áp THD nút trước bù sau bù tối ưu tụ 50kVar………………………………………………………………………………… 74 Hình 4.1 Sơ đồ thay lưới điện có DVR để bù điện áp…………………………………… 79 Hình 4.2 Sơ đồ thay lưới điện có D-Statcom để bù điện áp…………………………… 80 Hình 4.3 Các sơ đồ xếp chồng để tính dòng D-Statcom bù SANH………………………… 80 ix Hình 4.4 Điện áp nút lưới điện mẫu ngắn mạch nút 8………………………… 83 Hình 4.5 Mơ hình DVR dạng nguồn dòng Norton tương đương…………………………… 84 Hình 4.6 Mơ hình DVR tính tốn chế độ xác lập……………………………………… 84 Hình 4.7 Lưới điện mơ tả theo tổng trở nút xét DVR nối vào nhánh j-k………… 86 Hình 4.8 Sơ đồ khối bước tính tốn lựa chọn vị trí đặt DVR để cải thiện SANH ngắn mạch lưới phân phối……………………………………………………… 88 Hình 4.9 Sơ đồ lưới điện mẫu với ngắn mạch nút vị trí đặt DVR tương ứng…… 89 Hình 4.10 Điện áp trước sau lắp DVR ứng với ngắn mạch nút 8……………… 90 Hình 4.11 Sơ đồ lưới điện mẫu với ngắn mạch nút 10 vị trí đặt DVR tương ứng… 90 Hình 4.12 Điện áp trước sau lắp DVR ứng với ngắn mạch nút 10……………… 91 Hình 4.13 Sơ đồ lưới điện mẫu với ngắn mạch nút 13 vị trí đặt DVR tương ứng… 92 Hình 4.14 Điện áp trước sau lắp DVR ứng với ngắn mạch nút 13……………… 93 Hình 4.15 Lưới điện mô tả theo tổng trở nút xét D-Statcom nối vào nút k……… 94 Hình 4.16 Sơ đồ khối bước tính tốn lựa chọn vị trí đặt D-Statcom để cải thiện SANH ngắn mạch lưới phân phối………………………………………… 97 Hình 4.17 Sơ đồ lưới điện mẫu với ngắn mạch nút vị trí đặt D-Statcom tương ứng……………………………………………………………………………………… 98 Hình 4.18 Điện áp trước sau lắp D-Statcom ứng với ngắn mạch nút 8………… 99 Hình 4.19 Sơ đồ lưới điện mẫu với ngắn mạch nút 10 vị trí đặt D-Statcom tương ứng……………………………………………………………………………………… 99 Hình 4.20 Điện áp trước sau lắp D-Statcom ứng với ngắn mạch nút 10……… 100 Hình 4.21 Sơ đồ lưới điện mẫu với ngắn mạch nút 13 vị trí đặt D-Statcom tương ứng……………………………………………………………………………………… 101 Hình 4.22 Điện áp trước sau lắp D-Statcom ứng với ngắn mạch nút 13……… 102 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Vấn đề chất lượng điện (CLĐN) thay đổi điện áp, dòng điện, tần số dẫn đến làm hư hỏng thiết bị tiêu thụ điện Việc sử dụng ngày nhiều thiết bị điện tử khiến cho thiết bị tiêu thụ điện ngày nhạy cảm với CLĐN Việc hình thành thị trường điện, đặc biệt thị trường có tham gia cơng ty quản lý lưới phân phối điện áp lực phải tạo môi trường sở hạ tầng đầu tư hấp dẫn Việt Nam năm gần khiến quan tâm khách hàng dùng điện lẫn bên quản lý lưới điện bên sản xuất thiết bị điện CLĐN trở nên đặc biệt Có thể nói, Việt Nam, khu vực lưới điện lưới phân phối điện, đặc biệt lưới phân phối điện công nghiệp, than phiền khách hàng tranh chấp pháp lý liên quan đến vấn đề chuyên môn CLĐN xảy nhiều Trong tượng CLĐN biến dạng gây sóng hài biến thiên điện áp ngắn hạn sụt giảm điện áp ngắn hạn (SANH) tượng gây nhiều vấn đề phụ tải nhạy cảm ghi nhận Việt Nam Đã có số nghiên cứu nước đánh giá CLĐN giải pháp Tuy vậy, vấn đề có nhiều tượng CLĐN tác dụng phụ tải đa dạng Nghiên cứu khắc phục tác động sóng hài đặc biệt nghiên cứu khắc phục SANH Việt Nam có số chủ yếu bảo vệ cho phía phụ tải, khách hàng thực Với việc phát triển công nghệ vật liệu bán dẫn, thiết bị điện tử công suất với công suất lớn ngày ứng dụng rộng rãi vận hành hệ thống điện Thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) sử dụng khu vực lưới truyền tải với nhiều mục đích nâng cao khả tải đường dây, cải thiện giới hạn ổn định, tối ưu hóa chế độ vận hành lưới truyền tải Việc ứng dụng thiết bị FACTS lưới phân phối, gọi D-FACTS gồm lớp thiết bị điều hòa cơng suất (Custom Power Device – CPD) thiết bị phục hồi điện áp động (Dynamic voltage restorer - DVR), thiết bị bù tĩnh (Distribution Static Compensator - D-Statcom) dần triển khai nhiều nơi giới Các thiết bị CPD, việc đảm bảo chất lượng vận hành dài hạn, khắc phục tốt nhiều tượng CLĐN nhờ khả đáp ứng nhanh thiết bị nghịch lưu nguồn áp [6, 10, 11, 33] Tuy nhiên Việt Nam chưa có nghiên cứu ứng dụng thiết bị CPD nhằm nâng cao CLĐN lưới phân phối Sở dĩ có vấn đề bên quản lý lưới phân phối điện công ty điện lực chưa quan tâm đến việc ứng dụng thiết bị CDP Với lý trên, luận án với tên đề tài: “Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới phân phối điện sử dụng thiết bị D-FACTS” tác giả đặt nhằm nghiên cứu giải pháp nâng cao CLĐN lưới cung cấp điện, hay gọi lưới phân phối điện với định hướng ứng dụng Việt Nam Đối tượng nghiên cứu Luận án Đối tượng nghiên cứu luận án giải pháp nâng cao CLĐN sử dụng thiết bị CPD tụ bù công suất phản kháng Hiện tượng CLĐN xem xét SANH ngắn mạch biến dạng gây sóng hài lò hồ quang điện sinh lưới phân phối, có xét 112 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Nguyen Van Minh, Bach Quoc Khanh, Pham Viet Phuong (2017) On a MatLab/Simulink Comparative Simulation of Voltage Sag Mitigation in IEEE 13-Bus Distribution Test Feeder by DVR and D-STATCOM Tạp chí Khoa học Công nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 43, trang 25-30 [2] Nguyễn Văn Minh, Bạch Quốc Khánh (2017) Tối ưu vị trí dung lượng tụ bù lưới phân phối mẫu 16 nút sử dụng thuật toán di truyền để giảm tổn thất điện Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 42, trang 20-24 [3] Bạch Quốc Khánh, Nguyễn Văn Minh (2017) Một trường hợp đánh giá tổn thất điện hệ thống cung cấp điện tòa nhà bị nhiễm sóng hài Tạp chí Khoa học Công nghệ trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, số 42, trang 8-11 [4] Nguyễn Văn Minh, Bạch Quốc Khánh, Phạm Việt Phương (2017) Lựa chọn vị trí dung lượng thiết bị điều áp động (DVR) nhằm hạn chế hậu sụt giảm điện áp ngắn hạn lưới phân phối 16 nút thuật tốn GA Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 120(11), trang 67-72 [5] Nguyễn Văn Minh, Bạch Quốc Khánh (2018) Lựa chọn vị trí dung lượng tụ bù tối ưu lưới phân phối mẫu 16 nút có xét sóng hài nhằm giảm tổn thất điện THD Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 122(1), trang 37-41 [6] Nguyen Van Minh, Bach Quoc Khanh, Pham Viet Phuong (2018) Comparing the effectiveness of DVR and D-STATCOM on improving power quality in the industrial distribution system with the presence of Electric Arc-furnace Tạp chí Khoa học Cơng nghệ lượng - ĐH Điện lực, số 15, trang 32-44 [7] Nguyễn Văn Minh, Bạch Quốc Khánh (2018) Lựa chọn vị trí dung lượng thiết bị D-Statcom nhằm khắc phục sụt giảm điện áp ngắn hạn lưới phân phối điện 16 nút sử dụng thuật toán di truyền Tạp chí khoa học cơng nghệ, Trường Đại học Đà Nẵng, số 5(126), trang 79-83 113 PHỤ LỤC LƯỚI PHÂN PHỐI MẪU 16 NÚT PL 1.1 Sơ đồ lưới phân phối 16 nút Bảng Phụ lục Thông số lưới mẫu 16 nút Nhánh Nút Từ nút Đến nút R(pu) X(pu) P(kW) Q(kVar) - - - - - - 2 0.0192 0,0575 21.7 12.7 3 0.0452 0.1652 2.4 1.2 0.0570 0.1737 7.6 1.6 0.0132 0.1379 24.2 19.0 0.0472 0.1983 12.0 5.0 11 0.0581 0.1763 22.8 10.9 0.0119 0.1414 30.0 30.0 14 0.0460 0.1160 54.0 22.0 10 15 0.0267 0.0820 5.8 2.0 11 0.0120 0.1420 7.0 12 12 0.0123 0.1280 11.2 7.5 13 10 0.0334 0.1560 4.0 3.0 14 16 0.0232 0.1560 16.2 7.6 15 11 12 0.0312 0.1208 28.2 12.5 16 12 13 0.0124 0.1110 13.5 11.8 114 PHỤ LỤC LƯỚI PHÂN PHỐI MẪU 13 NÚT CỦA IEEE Pl 2.1 Sơ đồ lưới phân phối mẫu 13 nút IEEE Bảng phụ lục Thông số lưới mẫu 13 nút IEEE mô Nhánh R(Ω) X(Ω).10-4 P(kW) Q(kVar) 632 0.04148 4.27 60 30 632 633 0.02574 1.0675 - - 671 632 671 0.1037 4.27 385 220 645 632 645 0.02584 1.0675 55 40 646 645 646 0.01547 0.64 70 65 684 671 684 0.01547 0.64 - - 652 684 652 0.04148 1.7 40 30 611-1 684 611 0.01547 0.64 65 27 611-2 684 611 0.01547 0.64 - -33 680 671 680 0.05185 0.2135 - - 675-1 692 675 0.02584 0.10675 300 150 675-2 692 675 0.02584 0.10675 - -200 692 671 692 - - 55 50 634 633 634 - - 130 130 Nút Từ nút Đến nút 632 650 633 115 PHỤ LỤC TÍNH TỐN HỆ SỐ QUY ĐỔI GIÁ TRỊ CHI PHÍ HÀNG NĂM Giá trị thời gian chi phí xét đến sử dụng khái niệm giá trị thực (Net Present Value – NPV) sau: Giá trị qui đổi hay giá trị thực (Ký hiệu NPV - Net Present Value) chi phí A xảy thời điểm khác tính sau PL 3.1 Qui đổi chi phí giá trị thực Năm xảy A Giá trị thực A 𝐴 𝑁𝑃𝑉(𝐴)1 = 1+𝑖 𝐴 𝑁𝑃𝑉(𝐴)2 = (1 + 𝑖)2 … 𝐴 𝑁𝑃𝑉(𝐴) 𝑇 = (1 + 𝑖)𝑇 … T Trong i: Suất chiết khấu, phản ánh mức độ lạm phát thị trường i thường lấy tỷ lệ lãi suất ngân hàng - Giá trị thực dòng chi phí A1, … AT T năm 𝐴1 𝐴2 𝐴𝑇 𝑃= + + ⋯+ + 𝑖 (1 + 𝑖) (1 + 𝑖)𝑇 Nếu A1 = = AT = A 𝑇 𝑇 𝑘=1 𝑘=1 𝐴𝑘 (1 + 𝑖)𝑇 − 𝑃=∑ = 𝐴 ∑ = 𝐴 × = 𝐴 × 𝐾𝑃/𝐴 (1 + 𝑖)𝑘 (1 + 𝑖)𝑘 𝑖 (1 + 𝑖)𝑇 Chú ý: Cách tính tổng cấp số nhân 𝑇 ∑ 𝑈𝑘 = 𝑈1 𝑘=1 𝑞𝑇 − 𝑞−1 với Uk, k=1n dãy n số theo cấp số nhân q công bội Ngược lại, ta muốn quy đổi từ giá trị thực P thành chi phí A dòng chi phí T năm 𝑖 (1 + 𝑖)𝑇 𝐴=𝑃× = 𝑃 × 𝐾𝐴/𝑃 (1 + 𝑖)𝑇 − Trị số Kp công thức (3.1) KA/P Luận án giả sử xét với T = 20 năm, i = 0,06 Kp = 0,1 116 PHỤ LỤC THUẬT TOÁN DI TRUYỀN [38, 47] I Khái niệm thuật toán Khái niệm - Thuật toán di truyền thuật toán bắt chước chọn lọc tự nhiên di truyền Những mô hình tính tốn lấy cảm hứng từ chế tự nhiên tiến hóa, bao gồm thích nghi, sinh sản, đột biến - Giải thuật di truyền giải thuật tìm kiếm dựa chế chọn lọc di truyền tự nhiên sử dụng nguyên lý di truyền thích nghi sống cá thể thích nghi tự nhiên Sơ đồ cấu trúc giải thuật GEN Cấu trúc giải thuật: Begin 117 t =0; Khởi tạo P(t) Tính độ thích nghi cho cá thể P(t); While (điều kiện dừng chưa thỏa mãn) Begin t = t + 1; Chọn lọc P(t) Lai P(t) Đột biến P(t) Tính độ thích nghi cho cá thể P(t) End End [Bắt đầu] Nhận tham số cho thuật toán [Khởi tạo] Sinh ngẫu nhiên quần thể (dân số) gồm n cá thể (là n lời giải cho toán) [Quần thể mới] Tạo quần thể cách lặp lại bước sau quần thể hồn thành a [Thích nghi] Ước lượng độ thích nghi eval(x) cá thể b [Kiểm tra] Kiểm tra điều kiện kết thúc giải thuật c [Chọn lọc] Chọn hai cá thể bố mẹ từ quần thể cũ theo độ thích nghi chúng (cá thể có độ thích nghi cao có nhiều khả chọn) d [Lai ghép] Với xác suất lai ghép chọn, lai ghép hai cá thể bố mẹ để tạo cá thể e [Đột biến] Với xác suất đột biến chọn, biến đổi cá thể [Chọn kết quả] II Nếu điều kiện dừng thỏa mãn thuật toán kết thúc trả lời giải tốt quần thể Các thành phần GA - Mã hóa (Encoding) - Khởi tạo quần thể ( Innitial population generation ) - Hàm thích nghi (Fitness Function) - Lựa chọn (Selection) 118 - Lai ghép (Crossover) - Đột biến (Mutation) - Chiến lược thay (Replacement Strategy) - Tiêu chuẩn kết thúc (Termination Criteria) Mã hóa Trong giải thuật di truyền cách mã hóa NST quan trọng khơng định đến hiệu giải thuật mà ảnh hưởng đến việc lựa chọn toán tử bước lai ghép đột biến Với kiều toán khác có nhiều cách mã hóa NST Cách mã hoá NST đánh giá hai yếu tố định xây dựng giải thuật di truyền Mã hoá nhị phân Trong tất phương pháp mã hóa phương pháp mã hố nhị phân phương pháp mã hoá nhiễm sắc thể đơn giản đời sớm Trong mã hoá nhị phân, nhiễm sắc thể chuỗi nhị phân, bit biểu diễn đặc tính lời giải Ví dụ: hai nhiễm sắc thể có chiều dài 15 Nhiễm sắc thể 1: 110110010011011 Nhiễm sắc thể 2: 110111100001111 Ví dụ: Trong toán túi, để biểu diễn cách xếp đồ vào túi, ta dùng chuỗi nhị phân có kích thước số đồ vật, bit tương ứng với đồ vật có hai giá trị: giá trị đồ vật khơng cho vào túi giá trị đồ vật cho vào túi Mã hoá nhị phân phổ biến có nhược điểm tạo khơng gian mã hố lớn so với không gian giá trị nhiễm sắc thể, xảy trường hợp tốn tử lai ghép đột biến tạo cá thể khơng nằm khơng gian tìm kiếm đòi hỏi phải có phương pháp sửa chữa để làm cá thể tạo nằm khơng gian tìm kiếm Do đó, với nhiều tốn biểu diễn nhị phân khơng hữu hiệu, điển hình tốn TSP Mã hố hốn vị Mã hố hốn vị sử dụng toán liên quan đến thứ tự toán du lịch hay toán lập lịch Trong mã hoá hoán vị, nhiễm sắc thể chuỗi số biểu diễn trình tự Ví dụ : Nhiễm sắc thể 1: Nhiễm sắc thể 2: 119 Mã hoá hoán vị phù hợp cho toán liên quan đến thứ tự Đối với toán này, việc thao tác nhiễm sắc thể hốn vị số chuỗi làm thay đổi trình tự Ví dụ: Trong toán người du lịch, để biểu diễn cách người du lịch dùng nhiễm sắc thể mà trình tự số chuỗi cho biết thứ tự thành phố mà người du lịch qua Mã hoá theo giá trị Mã hoá trực giá trị dùng toán sử dụng giá trị phức tạp số thực Trong đó, nhiễm sắc thể chuỗi giá trị Các giá trị liên quan đến tốn, từ số nguyên, số thực, kí tự đối tượng phức tạp Ví dụ: Nhiễm sắc thể 1: 1.23 5.32 0.34 2.98 3.54 Nhiễm sắc thể 2: (back), (back), (right), (forward), (left) Mã hoá theo giá trị thường dùng cho toán đặc biệt Trong cách mã hoá ta thường phải phát triển toán tử đột biến lai ghép cho phù hợp với tốn Khởi tạo quần thể ban đầu • • • Quần thể tập hợp cá thể có số đặc điểm Trong giải thuật di truyền ta quan niệm quần thể tập lời giải toán Quần thể ban đầu ảnh hưởng nhiều đến hiệu giải thuật, nhiên nhiều tốn quần thể ban đầu thường lựa chọn ngẫu nhiên Thường phụ thuộc vào kích thước chuỗi mã hóa VD: Nếu có NST 32 bits, kích thước quần thể nên cao 16 Kích thước quần thể cho biết có cá thể quần thể hệ Các nghiên cứu thử nghiệm cho thấy kích thước quần thể khơng nên q bé khơng q lớn Nếu có q cá thể làm giảm khơng gian tìm kiếm giải thuật dễ rơi vào cục địa phương, dễ xảy trường hợp bỏ qua lời giải tốt Tuy nhiên có nhiều cá thể làm cho giải thuật chạy chậm đi, ảnh hưởng đến hiệu tính tốn giải thuật Các nghiên cứu lợi tăng kích thước quần thể lên q giới hạn cho phép Hàm tính độ thích nghi Hàm độ thích nghi (fitness function) hàm đánh giá hay hàm mục tiêu thể tính thích nghi cá thể hay độ tốt lời giải Chọn lựa Trong tự nhiên, trình chọn lọc đấu tranh sinh tồn làm thay đổi cá thể quần thể Những cá thể tốt, thích nghi với điều kiện sống có 120 khả đấu tranh lớn hơn, tồn sinh sản Các cá thể khơng thích nghi với điều kiện sống dần Dựa vào nguyên lý trình chọn lọc đấu tranh sinh tồn tự nhiên, chọn lựa cá thể GA cách chọn cá thể có độ thích nghi tốt để đưa vào hệ lai ghép, với mục đích sinh cá thể tốt Có nhiều cách để lựa chọn cuối nhằm đáp ứng mục tiêu cá thể tốt có khả chọn cao Cơ chế lựa chọn Cơ chế lựa chọn áp dụng quần thể P(t+1) tạo từ việc chọn cá thể từ quần thể P(t) để thực việc lai ghép đột biến Có nhiều cách để lựa chọn cá thể từ quần thể Sau giới thiệu số chế hay áp dụng Để tiện mô tả chế lựa chọn ta đưa số kí hiệu sau: Cách biểu diễn nhiễm sắc thể thứ i vi Hàm tính độ thích nghi nhiễm sắc thể vi f(vi) Kích thước quần thể pop_size Số nhiễm sắc thể cần chọn N Lựa chọn tỷ lệ (bánh xe Roulet) Trước lựa chọn tính giá trị sau: • Tính tổng độ thích nghi quần thể: F = pop _ size  f (v ) i i =1 • Tính xác suất chọn pi cho nhiễm sắc thể vi: pi = f(vi)/F • Tính vị trí xác suất qi nhiễm sắc thể : qi =  Pj i j =1 Cơ chế lựa chọn theo bánh xe Roulet thực cách quay bánh xe Roulet N lần Mỗi lần chọn nhiễm sắc thể từ quần thể hành vào quần thể cách sau : • Phát sinh ngẫu nhiên số r khoảng [0,1] • Nếu r < q1 (tức r < 1) chọn nhiễm sắc thể v1; ngược lại chọn nhiễm sắc thể thứ i (2  i  pop_size = M) cho qi-1  r  qi Với chế lựa chọn có số nhiếm sắc thể chọn nhiều lần Điều phù hợp với lý thuyết lược đồ: Các nhiễm sắc thể tốt có nhiều sao, nhiễm sắc thể trung bình khơng đổi, nhiễm sắc thể chết 10 Lựa chọn xếp hạng Cơ chế lựa chọn xếp hạng mơ tả sau: 121 • Sắp xếp nhiễm sắc thể quần thể theo độ thích nghi từ thấp đến cao • Đặt lại độ thích nghi cho quần thể xếp theo kiểu: nhiễm sắc thể thứ có độ thích nghi 1, NST thứ hai có độ thích nghi 2,.v.v…, NST thứ pop_size có độ thích nghi pop_size Theo phương pháp việc NST chọn nhiều lần lựa chọn theo kiểu bánh xe Roulet giảm Nhưng dẫn đến hội tụ chậm NST có độ thích nghi cao không khác so với NST khác 11 Lựa chọn theo chế lấy mẫu ngẫu nhiên Cơ chế lựa chọn: • Biểu diễn xác suất chọn NST lên đường thẳng • Đặt N điểm chọn lên đường thẳng Các điểm chọn cách 1/N, điểm đặt ngẫu nhiên khoảng [0,1/N] • Với điểm chọn, NST gần với bên phải chọn Phương pháp có đặc điểm điểm chọn phân bố trục số, gần với điểm xứng đáng chọn 12 Lựa chọn tranh đấu Cơ chế lựa chọn : • Lấy số NST quần thể, NST có độ thích nghi cao chọn • Lặp lại thao tác N lần 13 Lai ghép Lai ghép tự nhiên kết hợp tính trạng bố mẹ để sinh hệ Trong giải thuật di truyền, lai ghép coi tổ hợp lại tính chất (thành phần) hai lời giải cha mẹ để sinh lời giải mà có đặc tính mong muốn tốt hệ cha mẹ Đây trình xảy chủ yếu giải thuật di truyền 14 Đột biến Đột biến biến đổi (hay số) gen nhiễm sắc thể ban đầu để tạo nhiễm sắc thể Đột biến có xác suất xảy thấp lai ghép Đột biến tạo cá thể tốt xấu cá thể ban đầu Tuy nhiên giải thuật di truyền ta ln muốn tạo phép đột biến cho phép cải thiện lời giải qua hệ 15 Các tiêu chuẩn kết thúc thuật toán • Thuật toán dừng quần thể hội tụ, i.e cá thể tốt quần thể giống với kết mong muốn • Kết thúc số hệ sinh đạt đến số sinh trước • Kết thúc thể trở lên giống 122 • Kết thúc cá thể tốt quần thể không thay đổi theo thời gian 16 Ưu nhược điểm thuật tốn Gen Ưu điểm • Ưu điểm khả song song thuật tốn • Gas duyệt qua khơng gian tìm kiếm sử dụng nhiều cá thể (and with genotype rather than phenotype) mắc phải cực trị địa phương thuật toán khác • Dễ thể • Khi có thuật tốn gen bản, cần viết NST (just one object) để xử lý tốn khác • Với cách mã hóa bạn thay đổi hàm thích nghi • Mặc dù vậy, số trường hợp chọn thể mã hóa gặp khó khăn Nhược điểm • Nhược điểm GA thới gian tính tốn • GAs chậm thuật tốn khác • Có thể kết thúc tính toán lúc 123 PHỤ LỤC KẾT QUẢ TÍNH TỐN CHƯƠNG Bảng PL 5.1 Điện áp 16 nút trước sau có DVR ứng với ngắn mạch nút Nút 10 11 12 13 14 15 16 Zf = 0,25 + j0,16 (pu) Không DVR 1,0583 0,9253 0,8718 0,8378 0,8082 0,6193 0,6077 0,4507 0,8730 0,8745 0,8683 0,8523 0,8488 0,8228 0,8208 0,8530 Có DVR 1,0583 0,9253 0,8718 1,0000 0,9732 0,6193 0,6077 0,4507 0,8730 0,8745 0,8683 0,8523 0,8488 0,9712 0,9709 0,8530 Zf = 0,1 + j0,08 (pu) Không DVR 1,0539 0,8889 0,8375 0,8048 0,7764 0,4853 0,4763 0,2511 0,8386 0,8400 0,8341 0,8187 0,8153 0,7904 0,7885 0,8194 Có DVR 1,0539 0,8889 0,8375 1,0000 0,9732 0,4853 0,4763 0,2511 0,8386 0,8400 0,8341 0,8187 0,8153 0,9712 0,9709 0,8194 Bảng PL 5.2 Điện áp 16 nút trước sau có DVR ứng với ngắn mạch nút 10 Nút 10 11 12 13 14 15 16 Zf = 0,25 + j0,16 (pu) Không DVR 1,0578 0,9212 0,8680 0,8341 0,8046 0,8884 0,8719 0,8486 0,6804 0,4766 0,8644 0,8485 0,8450 0,8191 0,8172 0,6648 Có DVR 1,0578 0,9212 0,8680 1,0000 0,9732 0,8884 0,8719 0,8486 0,6804 0,4766 0,8644 0,8485 0,8450 0,9712 0,9709 0,6648 Zf = 0,1 + j0,08 (pu) Không DVR 1,0532 0,8835 0,8324 0,8000 0,7717 0,8521 0,8362 0,8139 0,5627 0,2662 0,8290 0,8138 0,8104 0,7856 0,7837 0,5498 Có DVR 1,0532 0,8835 0,8324 1,0000 0,9732 0,8521 0,8362 0,8139 0,5627 0,2662 0,8290 0,8138 0,8104 0,9712 0,9709 0,5498 • 124 Bảng PL 5.3 Điện áp 16 nút trước sau có DVR ứng với ngắn mạch nút 13 Nút 10 11 12 13 14 15 16 Zf = 0,25 + j0,16 (pu) Không DVR 1,0417 0,9334 0,6982 0,6669 0,6412 0,8975 0,8798 0,8548 0,8774 0,8789 0,5091 0,3845 0,3012 0,6538 0,6521 0,8560 Có DVR 1,0417 0,9334 0,6982 0,6669 0,6412 0,8975 0,8798 0,8548 1,0000 0,9578 0,5091 0,3845 0,3012 0,6538 0,6521 0,9572 Zf = 0,1 + j0,08 (pu) Không DVR 1,0399 0,9198 0,6486 0,6195 0,5957 0,8835 0,8661 0,8415 0,8637 0,8652 0,4195 0,2655 0,1527 0,6074 0,6058 0,8427 Có DVR 1,0399 0,9198 0,6486 0,6195 0,5957 0,8835 0,8661 0,8415 1,0000 0,9578 0,4195 0,2655 0,1527 0,6074 0,6058 0,9572 Bảng PL 5.4 Điện áp 16 nút trước sau có D-Statcom ứng với ngắn mạch nút Zf = 0,25 + j0,16 (pu) Nút Không D-Statcom 10 11 12 13 14 15 16 1,0583 0,9253 0,8718 0,8378 0,8082 0,6193 0,6077 0,4507 0,8730 0,8745 0,8683 0,8523 0,8488 0,8228 0,8208 0,8530 Có D-Statcom 1,0643 0,9782 0,9226 0,8851 0,8545 0,6688 0,6567 0,6168 0,9573 1,0000 0,9182 0,9019 0,8983 0,8696 0,8674 0,9350 Zf = 0,1 + j0,08 (pu) Không D-Statcom 1,0539 0,8889 0,8375 0,8048 0,7764 0,4853 0,4763 0,2511 0,8386 0,8400 0,8341 0,8187 0,8153 0,7904 0,7885 0,8194 Có D-Statcom 1,0615 0,9565 0,9026 0,8657 0,8360 0,5502 0,5406 0,4004 0,9582 1,0000 0,8982 0,8825 0,8790 0,8507 0,8486 0,9359 125 Bảng PL 5.5 Điện áp 16 nút trước sau có D-Statcom ứng với ngắn mạch nút 10 Zf = 0,25 + j0,16 (pu) Nút Không D-Statcom 10 11 12 13 14 15 16 1,0578 0,9212 0,8680 0,8341 0,8046 0,8884 0,8719 0,8486 0,6804 0,4766 0,8644 0,8485 0,8450 0,8191 0,8172 0,6648 Có D-Statcom 1,0646 0,9817 0,9260 0,8882 0,8576 0,9640 1,0000 0,9197 0,7370 0,6580 0,9216 0,9053 0,9017 0,8727 0,8706 0,7209 Zf = 0,1 + j0,08 (pu) Không D-Statcom 1,0532 0,8835 0,8324 0,8000 0,7717 0,8521 0,8362 0,8139 0,5627 0,2662 0,8290 0,8138 0,8104 0,7856 0,7837 0,5498 Có D-Statcom 1,0619 0,9610 0,9072 0,8700 0,8404 0,9660 1,0000 0,9216 0,6361 0,4568 0,9027 0,8870 0,8836 0,8550 0,8529 0,6227 Bảng PL 5.6 Điện áp 16 nút trước sau có D-Statcom ứng với ngắn mạch nút 13 Zf = 0,25 + j0,16 (pu) Nút Không D-Statcom 10 11 12 13 14 15 16 1,0417 0,9334 0,6982 0,6669 0,6412 0,8975 0,8798 0,8548 0,8774 0,8789 0,5091 0,3845 0,3012 0,6538 0,6521 0,8560 Có D-Statcom 1,0475 0,9845 0,7462 0,7108 0,6840 0,9474 0,9293 0,9043 0,9359 1,0000 0,5544 0,4262 0,3837 0,6972 0,6954 0,9129 Zf = 0,1 + j0,08 (pu) Không D-Statcom 1,0399 0,9198 0,6486 0,6195 0,5957 0,8835 0,8661 0,8415 0,8637 0,8652 0,4195 0,2655 0,1527 0,6074 0,6058 0,8427 Có D-Statcom 1,0463 0,9758 0,7028 0,6696 0,6446 0,9392 0,9213 0,8967 0,9394 1,0000 0,4722 0,3157 0,2409 0,6569 0,6552 0,9119 126 PHỤ LỤC a Điện áp nút 646 chưa có DVR D-Statcom b Điện áp nút 684 chưa có DVR D-Statcom ... Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới phân phối điện sử d ng thiết bị D- FACTS tác giả đặt nhằm nghiên cứu giải pháp nâng cao CLĐN lưới cung cấp điện, hay gọi lưới phân phối điện với định... Sử d ng thiết bị CPD khắc phục SANH lưới phân phối điện Chương TỔNG QUAN CÁC BÀI TOÁN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN Chất lượng điện hệ thống điện nói chung lưới phân phối. .. giải pháp khắc phục Đánh giá hiệu sử d ng DVR D- Statcom nâng cao CLĐN lưới phân phối Nghiên cứu tổng quan mơ hình phương pháp giải tốn tối ưu hóa ứng d ng giải pháp sử d ng tụ bù thiết bị CPD