ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BẮCH KHOA NGÔ QUANG SƠN HẢI ÁP DỤNG WHALE OPTIMIZATION ALGORITHM GIẢI BÀI TỐN PHÂN BỐ TỐI ƯU CƠNG SUẤT CĨ RÀNG BUỘC AN NINH Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày .tháng năm Thành phần Hội đồng đảnh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khỉ luận văn sửa chữa (nếu cố) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUÓ c GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGÔ QUANG SƠN HẢI MSHV : 7140406 Ngày, tháng, năm sinh : Nơi sinh : Lâm Đồng 20/07/1990 Chuyên ngành : Kỹ thuật điện I Mã số: 60520202 TÊN ĐỀ TÀI ÁP DỤNG WHALE OPTIMIZATION ALGORITHM GIẢI BÀI TỐN PHÂN BỐ TỐI ƯU CƠNG SUẤT CĨ RÀNG BUỘC AN NINH II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Nghiên cứu thuật toán Whale Optimization Algorithm (WOA) - Nghiên cứu tốn phân bố cơng suất tối ưu có ràng buộc an ninh - Đề xuất thuật toán W0A để giải tốn phân bố cơng suất tối ưu có ràng buộc an ninh - ứng dụng W0A để giải tốn phân bố cơng suất tối ưu có ràng buộc an ninh ửên mạng điện IEEE 30 nút, IEEE 57 nút IEEE III 118 nút NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/08/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/05/2017 V CÁN BỘ HUỚNG DẪN : PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Điều trước tiên, tơi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Võ Ngọc Điều, người Thầy giúp đỡ, cung cấp tài liệu tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cám ơn đến tất Quý Thầy, Cô giảng dạy, trang bị cho kiến thức bổ ích quí báu suốt trình học tập trường nghiên cứu sau Xin cảm ơn Gia đình ln bên cạnh tạo điều kiện thuận lợi cho học tập công tác Xin cảm ơn tất bạn bè động viên hỗ trợ cho nhiều trình học tập, cơng tác suốt thời gian thực luận văn Xin cảm ơn bạn học viên Cao học (khóa 2014-2016) ngành Kỹ Thuật Điện Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP HCM, người ln giành tình cảm sâu sắc nhất, ln bên cạnh, ln động viên, khuyến khích tơi vượt qua khó khăn suốt thực luận văn Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 Người thực Ngơ Quang Sơn Hải ii TĨM TẮT LUẬN VĂN Luận văn áp dụng thuật toán WOA (Whale optimization algorithm) để giải tốn phân bố cơng suất tối ưu có ràng buộc an ninh với việc tính tốn mạng điện IEEE 30, 57 nút 118 nút Thuật tốn W0A mơ hành vi xã hội cá voi lưng gù hành vi chúng săn mồi tự nhiên để phát triển nên giải thuật giải toán tối ưu Dựa vào hành vi săn mồi cá voi phân tích cơng lưới bong bóng Giải thuật lập trình chạy phần mềm Matlab, kết mà nghiên cứu đạt ứng dụng thuật toán W0A vào giải toán tối ưu phức tạp hệ thống điện đạt kết khả quan phương pháp truyền thống khác ABSTRACT The thesis uses the Whale optimization algorithm (WOA) to solve security constrained optimal power flow on IEEE 30, 57 and 118 node The WOA algorithm simulates the social behavior of humpback whales and their behavior when hunting in nature to develop optimal problem algorithm Base on hunting behavior of whales is analyzed as bubble net attack WO A algorithm for SCOPF is programed and computed on Matlab, the results are compared with other algorithm It is showed that wo A is an effective technique, provides good solutions with less computational effort Lời Cam Đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn công trình nghiên cứu riêng tơi Các kết nêu Luận vãn chưa công bố cơng trình khác Các số liệu, ví dụ trích dẫn Luận văn đảm bảo tính xác, tin cậy trung thực Tôi xin chân thành cảm on! NGƯỜI CAM ĐOAN Ngô Quang Sơn Hải V Mục Lục MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC sĩ i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii ABSTRACT iv LỜI CAM ĐOAN .V DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN ix DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN xi CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN xii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 ĐẶT VẮN ĐỀ 1.2 HƯỚNG TIẾP CẬN ĐỀ TÀI 1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .3 1.4 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI 1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN .4 2.1 BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI ưu CĨ RÀNG BUỘC AN NINH 2.1.1 Tổng quan tốn phân bố cơng suất tối ưu 2.1.2 Các chức an ninh hệ thống điện 2.1.3 Các ttạng thái vận hành hệ thống điện .10 2.2 GIỚI THỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI ƯU CÓ RÀNG BUỘC AN NINH .11 2.2.1 Network model and interior point (NMIP) 11 2.2.2 Structure exploiting interior point method (SEIP) 11 2.2.3 Evolutionary programming method (EP) .11 2.2.4 Mixed interger genetic algorithm with airthmetic operators (MIGA) 12 2.2.5 Genetic Algorithm (GA) 12 vi Mục Lục 2.2.6 Simulated Annealing (SA) 13 2.2.7 Particle Swarm Optimization (PSO) .13 CHƯƠNG 3:.BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI ưu CĨ RÀNG BUỘC AN NINH 15 3.1 3.2 Các thuật ngữ 15 Bài toán 16 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU VÈ PHƯƠNG PHÁP WOA .21 4.1 GIỚITHỆƯ 21 4.1.1 Tổng quan .21 4.1.2 Hành vi săn mồi cá voi .22 4.2 ỨNG DỤNG WOA GIẢI BÀI TỐN PHÂN BỐ TỐI ưu CƠNG SUẤT CĨ RÀNG BUỘC AN NINH 28 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TỐN 31 5.1 THIẾT LẬP CÁC THAM SỐ .31 5.1.1 Số lần lặp 31 5.1.2 Số phần tử .32 5.1.3 Sai Số .32 5.2 MẠNG ĐỆN IEEE 30 NÚT 33 5.2.1 Cấu trúc mạng điện 33 5.2.2 Trường hợp sở 36 5.2.3 Trường hợp cố 38 5.3 MẠNG ĐỆN IEEE 57 NÚT 43 5.3.1 Cấu trúc mạng điện 43 5.3.2 Trường hợp sở 45 5.3.3 Trường hợp cố 48 5.4 MẠNG ĐỆN IEEE 118 NÚT 51 5.4.1 Cấu trúc mạng điện 51 5.4.2 Trường hợp sở 52 5.4.3 Trường hợp cố 55 CHƯƠNG TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỀN ĐÈ TÀI 60 vii Mục Lục 6.1 TÔNG KẾT ĐỀ TÀI .60 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỀN CỦA ĐỀ TÀI 61 6.3 LỜI KẾT 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 66 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 81 viii Phụ lục 35 36 37 38 39 40 41 25 28 27 27 29 08 06 Nút tải 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 27 27 29 30 30 28 28 0.1093 0.0000 0.2198 03202 02399 0.0636 0.0169 0.2087 03960 0.4153 0.6027 0.4533 0.2000 0.0599 1.0000 0.9581 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 Bảng A.2 Thông số tải Công su[t tải P(MW) Q (MVAR) 0.0 0.0 21.7 12.7 2.4 1.2 7.6 1.6 94.2 19.0 0.0 0.0 22.8 10.9 300 30.0 0.0 0.0 5.8 2.0 0.0 0.0 7.5 11.2 0.0 0.0 6.2 1.6 8.2 2.5 3.5 1.8 9.0 5.8 3.2 0.9 9.5 3.4 0.7 2.2 17.5 11.2 0.0 0.0 3.2 1.6 8.7 6.7 0.0 0.0 3.5 2.3 0.0 0.0 0.0 0.0 2.4 0.9 10.6 1.9 66 Phụ lục PHỤ LỤC B DỮ LIỆU MẠNG ĐIỆN IEEE 57 NÚT Bảng I ỉ.l Thông sô đường dây 67 Phụ lục 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 24 24 26 27 28 25 30 31 32 34 34 35 36 37 37 36 22 11 41 41 38 15 14 46 47 48 49 50 10 13 29 52 53 54 11 44 40 56 56 39 57 38 25 26 27 28 29 29 30 31 32 33 32 35 36 37 38 39 40 38 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 51 49 52 53 54 55 43 45 56 41 42 57 56 49 0 0.165 0.0618 0.0418 0.135 0.326 0.507 0.0392 0.052 0.043 0.029 0.0651 0.0239 0.03 0.0192 0.207 0.0289 0 0.023 0.0182 0.0834 0.0801 0.1386 0 0.1442 0.0762 0.1878 0.1732 0.0624 0.553 0.2125 0.174 0.115 68 1.23 0.0473 0.254 0.0954 0.0587 0.0648 0.202 0.497 0.755 0.036 0.953 0.078 0.0537 0.0366 0.1009 0.0379 0.0466 0.0295 0.749 0.352 0.412 0.0585 0.1042 0.0735 0.068 0.0233 0.129 0128 0.22 0.0712 0.191 0187 0.0984 0.232 0.2265 0.153 0.1242 1.195 0.549 0.354 1.355 0.26 0.177 1.043 1 0.967 1 1 0.975 1 1 1 0.955 1 0.955 0.9 1 1 0.93 0.895 1 1 0.958 0.958 1 0.98 1 Phụ lục Bảng B.2 Thông sô tải 69 Phụ lục 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 14 0 6.30 7.10 12 0 29.7 18 21 18 4.90 20 4.10 680 7.60 6.70 70 0 4.40 1.80 0 11.6 8.50 10.5 5.30 2.20 10 1.40 340 2.20 Phụ lục PHỤ LỤC c DỮ LIỆU MẠNG ĐIỆN IEEE 118 NÚT Bảng c Thông số đường dây 71 Phụ lục 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 30 26 17 29 23 31 27 15 19 35 35 33 34 34 38 37 37 30 39 40 40 41 43 34 44 45 46 46 47 42 42 45 48 49 49 51 52 53 49 49 54 54 17 30 30 31 31 32 32 32 33 34 36 37 37 36 37 37 39 40 38 40 41 42 42 44 43 45 46 47 48 49 49 49 49 49 50 51 52 53 54 54 54 55 56 0.00431 0.00799 0.04740 0.01080 0.03170 0.02980 0.02290 0.03800 0.07520 0.00224 0.01100 0.04150 0.00871 0.00256 0.03210 0.05930 0.00464 0.01840 0.01450 0.05550 0.04100 0.06080 0.04130 0.02240 004000 0.03800 0.06010 0.01910 0.07150 0.07150 0.06840 0.01790 0.02670 0.04860 0.02030 0.04050 0.02630 0.07300 0.08690 0.01690 0.00275 72 0.03880 0.05040 0.08600 0.15630 0.03310 0.11530 0.09850 0.07550 0.12440 0.24700 0.01020 0.04970 0.14200 0.02680 0.00940 0.03750 0.10600 0.16800 0.05400 0.06050 0.04870 0.18300 0.13500 0.24540 0.16810 0.09010 0.13560 0.12700 0.18900 0.06250 0.32300 0.32300 0.18600 0.05050 0.07520 0.13700 0.05880 0.16350 0.12200 0.28900 0.29100 0.07070 0.00955 0.960 1 1 1 1 1 1 1 0.935 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Phụ lục 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 55 56 50 56 51 54 56 56 55 59 59 60 60 61 63 63 64 38 64 49 49 62 62 65 66 65 47 49 68 24 70 24 71 71 70 70 74 76 75 77 56 57 57 58 58 59 59 59 59 60 61 61 62 62 59 64 61 65 65 66 66 66 67 66 67 68 1 70 70 71 72 72 73 74 75 75 75 77 77 77 78 0.00488 0.03430 0.04740 003430 0.02550 0.05030 0.08250 0.08030 0.04739 0.03170 0.03280 0.00264 0.01230 0.00824 0.00172 0.00901 0.00269 0.01800 0.01800 0.04820 0.02580 0.02240 0.00138 0.08440 0.09850 0.03000 0.00221 000882 0.04880 0.04460 0.00866 0.04010 0.04280 0.04050 0.01230 0.04440 003090 0.06010 0.00376 73 0.01510 0.09660 0.13400 0.09660 0.07190 0.22930 0.25100 0.23900 0.21580 0.14500 0.15000 0.01350 0.05610 0.03760 0.03860 0.02000 0.02680 0.09860 0.03020 0.09190 0.09190 0.21800 0.11700 0.03700 0.10150 0.01600 0.27780 0.32400 0.03700 0.12700 0.41150 0.03550 0.19600 0.18000 0.04540 0.13230 0.14100 0.12200 04060 0.14800 0.10100 0.19990 0.01240 1 1 1 1 1 1 1 0.960 0.985 1 1 1 0.935 1 1 0.935 1 1 1 1 1 1 1 Phụ lục 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 78 77 77 79 68 81 77 82 83 83 84 85 86 85 85 88 89 89 90 89 89 91 92 92 93 94 80 82 94 80 80 80 92 94 95 96 98 99 100 92 101 100 100 79 80 80 80 81 80 82 83 84 85 85 86 87 88 89 89 90 90 91 92 92 92 93 94 94 95 96 96 96 97 98 99 100 100 96 97 100 100 101 102 102 103 104 0.00546 0.01700 0.02940 0.01560 0.00175 0.02980 0.01120 0.06250 0.04300 0.03020 0.03500 0.02828 0.02000 0.02390 0.01390 0.05180 0.02380 0.02540 0.00990 0.03930 0.03870 0.02580 0.04810 0.02230 0.01320 0.03560 0.01620 0.02690 0.01830 0.02380 0.04540 0.06480 0.01780 0.01710 0.01730 0.03970 0.01800 0.02770 0.01230 0.02460 0.01600 0.04510 74 0.02440 0.04850 0.10500 0.07040 0.02020 0.03700 0.08530 0.03665 0.13200 0.14800 0.06410 0.12300 0.20740 0.10200 0.17300 0.07120 0.18800 0.09970 0.08360 O.O5O5O 0.15810 0.12720 008480 0.15800 0.07320 0.04340 0.18200 0.05300 0.08690 0.09340 0.10800 0.20600 0.29500 0.05800 0.05470 0.08850 0.17900 0.08130 0.12620 0.05590 0.11200 05250 0.20400 1 1 0.935 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Phụ lục Bảng C.2 Thông sổ tải 75 Phụ lục 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 11 60 45 18 14 10 13 0 71 17 24 43 59 23 59 33 31 0 27 66 37 96 18 16 53 28 34 20 87 17 17 18 23 113 63 84 12 12 277 76 34 25 0 13 27 23 26 17 0 11 23 10 23 22 10 11 30 11 32 22 18 3 113 Phụ lục 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 78 77 0 39 28 51 66 12 68 47 68 61 71 39 130 54 20 11 24 21 48 163 10 65 12 30 42 38 15 34 42 37 22 77 14 0 18 27 20 0 27 11 36 28 26 32 26 27 10 15 10 10 42 10 16 31 15 18 15 Phụ lục Bảng C.3 Hệ số chi phí máy phát 78 Phụ lục 54 55 56 59 61 62 65 66 69 70 72 73 74 76 77 80 85 87 89 90 91 92 99 100 103 104 105 107 110 111 112 113 116 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 20 40 40 20 20 40 20 20 40 40 40 40 40 40 40 20 40 20 20 40 40 40 40 20 20 40 40 40 40 20 40 40 40 79 0.2083330 0.0100000 0.0100000 0.0645161 0.0625000 0.0100000 0.0255754 0.0255102 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.0209644 00100000 2.5000000 0.0164745 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.0396825 0.2500000 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.0100000 0.2777780 0.0100000 0.0100000 0.0100000 Lý lịch trích ngang LÝ LỊCH TRÍCH NGANG I THÔNG TIN CÁ NHÂN Họ Tên : NGÔ QUANG SƠN HẢI Phái: Nam Ngày sinh : 20/07/1990 Tại: Lâm Đồng II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ 09/2008 - 04/2013 : Sinh viên Khoa Điện - Điện tử, trường Đại Học Bách Khoa , ĐHQG TP Hồ Chí Minh - Từ 09/2014 - Nay : Học Viên cao học ngành Kỹ Thuật Điện , trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh III Q TRÌNH CƠNG TÁC - Từ 03/2013 - Nay : Cán thiết kế thuộc Phân xưởng sản xuất tủ bảng điện, công ty Thí Nghiệm Điện Miền Nam 80 ... Độ lớn điện áp góc nút 15 Chuo'ng : Bài tốn phân bổ cơng suất tối ưu có ràng buộc an ninh 3.2 Bài toán Bài toán tối ưu phân bố cơng suất tối ưu có ràng buộc an ninh với mục tiêu tối ưu tổng chi... Tổng quan - PSO có khả giải toán với biến rời rạc 14 Chuo'ng : Bài tốn phân bổ cơng suất tối ưu có ràng buộc an ninh CHƯƠNG BÀI TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI Ưu CĨ RÀNG BUỘC AN NINH Bài tốn phân bố cơng... (ES).Phương pháp WOA áp dụng để giải Phân bố công suất tối ưu có ràng buộc an ninh 1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Luận án đề xuất thuật tốn WOA giải tốn phân bố tối ưu cơng suất có ràng buộc an ninh đưa