Tóm tắt: Luận văn sử dụng thuật toán Stochastic Fractal Search (SFS) để giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối (LĐPP) có xét đến ảnh hưởng của nguồn phân tán nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng. Thuật toán SFS được dựa trên thuật toán Fractal Search (FS) và được cải tiến nhằm nâng cao khả năng giải quyết của bài toán tối ưu và tốc độ hội tụ. Thuật toán SFS đề xuất để giải bài toán tái cấu trúc LĐPP cho mạng điện 33 nút, 69 nút, 84 nút và 119 nút
ĐẠI HỌC QUỔC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ THANH TÙNG ÁP DỤNG THUẬT TOÁN STOCHASTIC FRACTAL SEARCH ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN PHÂN TÁN Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Nguyễn Nhật Nam Cán chấm nhận xét : TS Trần Hoàng Lĩnh Cán chấm nhận xét : PGS TS Huỳnh Châu Duy Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 07 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS TS Phan Thị Thanh Bình TS Trần Hồng Lĩnh PGS TS Huỳnh Châu Duy TS Huỳnh Quang Minh Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN -ĐIỆN TỬ PGS TS Phan Thị Thanh Bình -3ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHl NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc Họ tên học viên: Ngày, tháng, năm sinh: Chuyên ngành: LÊ THANH TÙNG 22/08/1992 Kỹ Thuật Điện MSHV: 1570878 Nơi sinh: Bình Định Mã số: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ “Áp dụng thuật toán Stochastic Fractal Search để giải toán tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến ảnh hưởng nguồn phân tán” NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối - Tìm hiểu thuật toán Stochastic Fractal Search -Áp dụng thuật toán Stochastic Fractal Search để giải toán tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến ảnh hưởng nguồn phân tán - So sánh kết đạt với thuật toán khác - Kết luận đưa hướng phát triển cho đề tài II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/01/2017 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18 /06 /2017 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Nhật Nam Tp HCM, ngày tháng năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) -4- LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy TS Nguyễn Nhật Nam thầy Th.s Trần Thế Tùng, thầy hướng dẫn thực luận văn Trong suốt thời gian thực luận văn, công việc bận rộn thầy dành nhiều thời gian tâm huyết việc hướng dẫn thực luận văn Xin cảm ơn quý thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa TP.HCM tận tình dạy cho tơi kiến thức quý báu năm tháng học tập trường Vốn kiến thức tiếp thu q trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu, mà hành trang q báu để bước tiếp sống cách vững tự tin Xin cảm ơn gia đình, người thân yêu bạn bè đồng nghiệp nguồn cổ vũ, động viên, tạo điều kiện chăm lo cho vật chất lẫn tinh thần để tơi n tâm thực tốt việc học tập Cuối tơi kính chúc q Thầy, Cô dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Tp Hồ Chi Minh, tháng 06 năm 2017 Lê Thanh Tùng Học viên -5- TÓM TẮT Luận văn sử dụng thuật toán Stochastic Fractal Search (SFS) để giải toán tái cấu trúc lưới điện phân phối (LĐPP) có xét đến ảnh hưởng nguồn phân tán nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng Thuật toán SFS dựa thuật toán Fractal Search (FS) cải tiến nhằm nâng cao khả giải toán tối ưu tốc độ hội tụ Thuật toán SFS đề xuất để giải toán tái cấu trúc LĐPP cho mạng điện 33 nút, 69 nút, 84 nút 119 nút Các kết thu q trình tính tốn cho thấy thuật tốn SFS đề xuất tốt hiệu tính tốn Bên cạnh đó, luận văn đề xuất hướng phát triển nghiên cứu, hướng tiếp cận để tiếp tục cải thiện thuật toán SFS, đưa đến kết tốt Thông qua hàng cácvà kết khảo sát LĐPP từ mạng điện chuẩn giảm đáng cho thấy kể sau từquả nâng tái cấu cao trúc, độ tin tổn cậy thất cung công cấp suất điện cho đề xuất khách Điều thể hiệu giải thuật ABSTRACT This thesis proposes a Stochastic Fractal Search (SFS) algorithm for solving the optimal distribution network reconfiguration (DNRC) problem consider distributed generation (DG) for active power loss minimization The SFS algorithm is based on the Fractal Search (FS) algorithm and improved for the ability to solve optimization problems and speed of convergence The SFS algorithm is proposed to solve the DNRC problem with 33, 69, 84 and 119 bus power systems The results obtained during calculations are better at computation efficiency Besides, the thesis also proposes developing research directions, new approaches to further improve the SFS algorithm, brought to better results, as well as applications on the practical DNRC problem in the power system According to calculating results on distribution network from 33, 69, 84 and 119 bus test systems, power loss is reduced considerably and there by improve power supply reliability for customers Therefore, these results illustrate the efficiency of the proposed SFS algorithm V - LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn hồn tồn tơi thực hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Nhật Nam Các đoạn trích dẫn luận văn dẫn nguồn, xác kết nêu luận văn nghiên cứu chưa công bố cơng trình khác Lê Thanh Tùng Học viên -8- MỤC LỤC -9- 1.1.1 Kịch 4: Phân bố tối ưu dung lượng DG sau thực tái cấu -ix1.1.2 Kịch 6: Thực đồng thời tái cấu trúc lưới điện tối ưu dung Vòng 12 13 Khóa mở 39-40-41-42-95 47-48-49-50-51-52-53-56-57-58-59-60-61-62-63-64-96 5.4.1 Kịch 2: Chỉ áp dụng tái cấu trúc lưới điện Kết sử dụng phương pháp SFS thực tái cấu trúc mạng điện 84 nút trình bày theo Bảng 5.16 Bảng 5.16: Kết kịch 2, mạng điện 84 nút Chỉ tiêu SFS Khóa mờ 55-7-86-72-13-89-90-83-92-39-34-42-62 - Dung lượng DG(MW) / (nút) 469.88 Tổn thất cs (kW) Tỉ lệ giảm tổn thất (%) Điện ắp thấp (p.u.) 11.68 0.9532 Với kịch 2, kết so sánh với giải thuật khác (Bảng 5.17) Theo kết so sánh, cho thấy phương áp SFS đạt hiệu tương đương với phương pháp khác Bảng 5.17: So sánh kết tái cấu trúc mạng điện 84 nút (kịch 2) Giải thuật Khóa mở Tổn thất (kW) Ban đầu 84-85-86-87-88-89-90-91-92-93-94-95-96 531.99 SFS 55-7-86-72-13-89-90-83-92-39-34-42-62 469.88 PGSA [12] 55-7-86-72-13-89-90-83-92-39-34-42-62 469.88 MIHDE[10] 55-7-86-72-13-89-90-83-92-39-34-42-62 469.88 ACS [15] 55-7-86-72-13-89-90-83-92-39-34-42-62 469.88 GA [27] 55-7-86-72-13-89-90-83-92-39-34-42-62 469.88 Hình 5.18: Đặc tính hội tụ cửa kịch 2, mạng điện 84 nút 5.4.2 Kịch 3: Phân bố tối ưu dung lượng DG vào trường họp lưới điện trạng thái mặc định ban đầu Kết trình bày bảng 5.18 cho thấy giá tri tối ưu toán áp dụng phương pháp SFS Bảng 5.18: Kết kịch 3, mạng điện 84 nứt Chỉ tiêu Khóa mở SFS 84-85-86-87-88-89-90-91-92-93-94-95-96 3.5847/(80) Dung lượng DG(MW) / (nút) 2.8350/(72) 3.1389/(7) Tổn thất CS(kW) 359.73 Tỉ lệ giảm tổn thất (%) Điện áp thấp (p.u.) 32.38 0.9557 ltẹra:iọn Hình 5.19: Đặc tính hội tụ kịch 3, mạng điện 84 nút 5.4.3 Kịch bẳn 4: Phân bố tối ưu dung lưựng DG sau thực tái cấu trúc lưới điện Với kết cấu hình lưới đạt kịch 2, xét phân bố vị trí tối ưu dung lượng DG Kết trình bày Bảng 5.19 Bảng 5.19: Kết kịch 4, mạng điện 84 nứt Chỉ tiêu SFS Khóa mở 55-7-86-72-13-89-90-83-92-39-34-42-62 3.4895/(20) Dung lượng DG(MW) / (nút) Tổn thất cs (kW) 3.1715/(80) 3.0296/(54) 345.41 Tỉ lệ giảm tổn thất (%) Điện áp thấp (p.u.) 35.07 0.9532 ltẹra:iọn Hình 5.20: Đặc tính hội tụ kịch 4, mạng điện 84 nút 5.4.4 Kịch 5: Thực tái cấu trúc lưới sau khỉ phân bố tối ưu dung lượng DG Xét kịch vớì thơng số DG đạt kịch 3, áp dụng SFS thực giải toán tái cấu trúc lưới điện Kết trình bày bảng 5.20 Bảng 5.20: Kết kịch 5, mạng điện 84 nứt Chỉ tiêu SFS Khóa mở 54-6-86-87-13-89-90-91-92-39-34-42-63 3.5847/(80) Dung lượng DG(MW) / (nút) Tổn thất cs (kW) 2.8350/(72) 3.1389/(7) 340.99 Tỉ lệ giảm tổn thất (%) Điện áp thấp (p.u.) 35.91 0.9527 — — _ 1—1 — _ — — — 1^—1 — — —— — 1———1 — 1^— _ Hình 5.21: Đặc tính hội tụ kịch 5, mạng điện 84 nút 5.4.5 Kịch 6: Thục đông thời tái cấu trúc lưới điện tối ưu dung lượng DG Ở kịch 6, tương tự mạng điện trên, áp dụng phương pháp SFS để tìm cáu hình lưới tối ưu dung lượng DG Vị trí DG xác định phương pháp LSF Kết trình bày bảng 5.21 Bảng 5.21: Kết kịch 6, mạng đỉện 84 nút Chỉ tiêu SFS Khóa mỡ 7-14-34-39-42-61-82-84-86-87-88-90-92 Dung lượng DG(MW) / (nút) 3.3753/(21) 2.8350/(71) 3.2514/(54) Tổn thất CS(kW) Tỉ lệ giảm tổn thất (%) Điện áp thấp (p.u.) 340.96 35.91 0.9561 Hình 5.22: Đặc tính hội tụ kịch 6, mạng điện 84 nút 5.4.6 Kịch 7: Thực đông thời tái cấu trúc, phân bố tối ưu dung lưựng DG Kịch 7, xét toán với yêu cầu đồng thời xác định cáu hình lưới, tối ưu phân bố vị trí dung lượng DG sử dụng phương pháp SFS Kết trình bày bảng 5.22 Bảng 5.22: Kết kịch 7, mạng điện 84 nứt Chỉ tiêu SFS Khóa mỡ 84-85-86-72-8814-90-81-92-39-34-42-62 Dung lượng DG(MW) / (nút) 3.1389/(7) 4.7548/(20) Tổn thất CS(kW) 3.2312/(54) 327.83 Tỉ lệ giảm tổn thất (%) Điện áp thấp (p.u.) 38.38 0.9532 Hình 5.23: Đặc tính hội tụ kịch 7, mạng đỉện 84 nút Nhân xét: Qua kịch cụ thể mạng điện 84 nút với 13 khóa mở 96 nhánh, thấy rằng: - Với kịch xem xét, ứng với yều cầu toán, phương pháp SFS cho kết tổn thất tốt, tốc độ hội tụ kết tối ưu nhanh (Hình: 5.18, 5.19, 5.20, 5.21, 5.22 5.23) Đối với kịch 2, 3, 4, giá trị hội tụ đạt vòng lặp bé 100, kịch hội tụ vòng lặp thứ 300 - Chất lượng điện áp (Hình 5.24) cải thiện so với ban đầu Với yêu cầu mạng kết điệnquả 84 hội nút tụ tốt mạng điện lớn, phương pháp SFS cho Voltage Prof II n 0.Ĩ1 S o.âí a? CL i ■ỏ J3 c □.HE Cl ? ã 25 aj > 0.B5 - C O.ỈM o w l 0.93 G n it ó - CAUA -Case - ■ = C D S Í Ì C w e ft Ữ Ù S ■4C sc- Bus Number Hình 5.24: So sánh chât lượng điện áp kịch bản, mạng điện 84 nút 845.5 MẠNG ĐỆN 119 NÚT Mạng điện phân phổi 119 nút, 132 nhánh 15 khóa mở, điện áp danh định 11 kv Tổng dung lượng phụ tải: 22.709 MW 17.041 Mvar [13] cấu hình mạng điện ban đầu (kịch 1) với 15 nhánh khóa mở: 118, 119, 120, 121, 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132 có tổn thất công suất tác dụng 1298.09 kW.Thong số nhánh, nút, phụ tải lấy bảng D (phụ lục) J/3 Hỉnh 5.25: Mạng điện 119 nút Mạng đỉện có 15 nhánh khóa mở, tương ứng với 15 vòng độc lập xác định theo giải thuật xây dựng vòng độc lập, cụ thể theo Bảng 5.23 85Bảng 5.23: Vòng độc lập mạng điện 119 nứt Vòng Khổa mở 3-9-10-17-18-19-20-21-22-23-24-25-26-27-28-37-38-39-40-41-42-4344-45-118 11-12-13-14-15-16-17-18-19-20-21-22-23-24-25-26-119 3-4-5-6-7-9-10-17-18-19-20-21-22-23-120 29-30-31-32-33-34-37-38-39-40-41-42-46-47-48-49-50-51-52-53-121 29-30-31-32-33-34-46-47-48-49-50-51-52-53-54-55-56-57-58-59-60-61122 29-35-36-54-55-56-57-58-59-60-61-123 4-5-6-7-8-27-28-37-38-39-124 1-3-27-28-54-55-56-57-62-63-64-88-89-90-95-125 65-66-67-68-69-70-71-72-88-89-90-126 10 64-65-66-67-68-69-70-71-72-73-74-77-78-85-86-87-127 11 12 13 65-66-67-68-69-70-71-72-73-74-75-76-88-89-90-95-96-97-98-128 62-63-77-78-79-80-81-82-99-100-101-102-103-104-105-106-107-129 62-63-77-78-85-99-100-101-102-103-104-130 14 15 100-101-102-103-104-105-106-107-108-109-113-114-115-116-117-131 3-9-10-17-18-19-20-21-22-23-24-27-28-29-30-31-32-33-34-132 5.5.1 Kịch 2: Chỉ áp dụng tái cấu trúc lưới điện Kết sử dụng phương pháp SFS thực tái cấu trúc mạng điện 119 nút trình bày theo Bảng 5.24 Kết so sánh với phương pháp ACSA Bảng 5.24: Kết kịch 2, mạng điện 119 nứt Chỉ tiêu Khóa mở SFS 42-25-23-121-50-58-39-95-71-74-97129-130-109-34 ACSA [7] 42-25-23-121-122-123-124-125-126127-128-129-130 Dung lượng DG(MW) / (nút) Tổn thất CS(kW) 854.04 Tỉ lệ giảm tổn thất (%) 34.21 - Điện áp thấp (p.u.) 0.9298 0.9323 855.04 32.86 Ngoài kết so sánh với giải thuật khác (Bảng 5.25) Theo kết so sánh, cho thấy phương áp SFS giải toán tái cấu trúc đạt hiệu tương đương vượt trội phương pháp khác 86Bảng 5.25: So sánh kết tái cấu trúc mạng điện 119 nut (kịch 2) Giải tht Khóa mở Tỗn thất (kW) • 118-119-120-121-122-123-124-125-126-127128-129-130-131-132 1298.09 SFS 42-25-23-121-50-58-39-95-71-74-97-129130-109-34 854.04 ITS [13] 42-26-23-51-122-58-39-95-74-71-97-129130-109-34 865.86 MTS [21] 42-26-23-51-122-58-39-95-74-71-97-129130-109-34 865.86 FWA [32] 42-25-23-121-50-58-39-95-71-74-97-129130-109-34 854.06 ACSA [7] 42-25-23-121-50-58-39-95-71-74-97-129130-109-34 855.04 HSA [33] 23-27-33-43-53-62-72-75-123-125-126-129130-131-132 854.21 Đan đầu Hình 5.26: Đặc tính hộỉ tự kịch 2, mạng điện 119 nút 875.5.2 Kịch 3: Phân bố tối ưu dung lượng DG vào trường họp lưới điện trạng thái mặc định ban đầu Kết trình bày bảng 5.26 cho thấy giá tri tối ưu toán áp dụng phương phảp SFS Bảng 5.26: Kết kịch 3, mạng điện 119 nút Chỉ tiêu Khóa mở SFS 118-119-120-121-122-123-124-125126-127-128-129-130-131-132 2.9786/(71) Dung lượng DGfMW) / (nút) 3.1199/(109) 2.8833 ì (50) Tổn thất CS(kW) 66729 Tỉ lệ giảm tổn thất (%) 48.59 Điện áp thấp (p.u.) 0.9541 ACSA [7] 118-119-120-121-122-123-124-125126-127-128-129-130-131-132 3.2664/(71) 3.1203/(109) 2.86267 / (50) 648.10 49.11 0.9515 Khi so sánh với phương pháp ACSA, SFS cho kết vị trí nút tương đồng kết tổn thất công suất không tối ưu ACSA Hình 5.27: Đặc tính hội tự kịch 3, mạng điện 119 nút 885.5.3 Kịch 4: Phân bố tối ưu dung lượng DG sau khỉ thực tái cấu trúc lưới điện Với kết cấu hình lưới đạt kịch 2, xét phân bố vị trí tối ưu dung lượng DG Kết trình bày Bảng 5.27 Bảng 5.27: Kết kịch 4, mạng điện 119 nút Chỉ tiêu Khóa mở SFS 42-25-23-121-50-58-39-95-71-74-97129-130-109-34 3.1214/(79) Dung lượng DG(MW) / (nút) 2.2709/(110) 8.9767/(29) Tổn thất CS(kW) 616.79 Tỉ lệ giảm tổn thất (%) 52.48 Điện áp thấp (p.u.) 0.9443 ACSA [7] 42-25-23-121-50-58-39-95-71-74-97129-130-109-34 1.7145/(111) 1.7565/(95) 5.0000/(65) 631.19 50.43 0.9526 Tại kịch xem xét, SFS cho kết tốt so với phương pháp ACSA Iteration Hình 5.28: Đặc tính hội tự kịch 4, mạng điện 119 nút 895.5.4 Kịch 5: Thực tái cấu trúc lưới sau khỉ phân bố tối ưu dung lưọrng DG Xét kịch với thông số DG đạt kịch 3, áp dụng SFS thực giải toán tái cấu trúc lưới điện Kết trình bày bảng 5.28 Bảng 5.28: Kết kịch 5, mạng điện 119 nút Chỉ tiêu Khóa mở SFS 43-25-21-121-53-60-39-125-70-74128-129-130-131-33 2.9786/(71) Dung lượng DGfMW) / (nút) 3.1199/(109) 2.8833 ì (50) Tổn thất CS(kW) 618.60 Tỉ lệ giảm tổn thất (%) 52.34 Điện áp thấp (p.u.) 0.9549 ACSA [7] 42-25-21-121-122-58-39-125-70-127128-129-85-131-33 3.2664/(71) 3.1203/(109) 2.86267 / (50) 613.79 51.80 0.9608 Ở kịch này, ACSA cho kết tốt so với SFS, số kw tổn thất không q chênh lệch Iteration Hình 5.29: Đặc tính hội tự kịch 5, mạng điện 119 nút ... CHVƠNG 4: ÁP DỤNG THUẬT TOÁN STOCHASTIC FRACTAL SEARCH GIẢI BÀI TỐN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CĨ XÉT ĐẾN NGUỒN PHÂN TÁN 4.1 ĐẶT VẤN ĐÈ Mục tiêu tốn tái cấu trúc LĐPP tìm cấu trúc lưới có lợi... ứng dụng thuật toán SFS (Stochastic Fractal Search) để giải tốn tái cấu trúc LĐPP có xét đến ảnh hưởng nguồn phân tán với hy vọng tìm giải pháp tối ưu giải pháp hữu 2.2 ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI... Luận văn sử dụng thuật toán Stochastic Fractal Search (SFS) để giải toán tái cấu trúc lưới điện phân phối (LĐPP) có xét đến ảnh hưởng nguồn phân tán nhằm giảm tổn thất cơng suất tác dụng Thuật tốn