Áp dụng phương pháp tìm kiếm phân dạng ngẫu nhiên cho bài toán tối ưu hóa công suất phản kháng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  LÊ TRỌNG NGHĨA ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM PHÂN DẠNG NGẪU NHIÊN CHO BÀI TOÁN TỐI ƯU HĨA CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG Chun 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 Ngọc Phúc Diễm Cán chấm nhận xét 1: …TS Nguyễn Nhật Nam Cán chấm nhận xét 2: …PGS TS Quyền Huy Ánh 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: 1….PGS TS Phan Thị Thanh Bình 2….TS Nguyễn Nhật Nam 3….PGS TS Quyền Huy Ánh 4….TS Huỳnh Quang Minh Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa Quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc _ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên:…LÊ TRỌNG NGHĨA MSHV:…1570872 Ngày, tháng, năm sinh:…25/02/1991 Nơi sinh:…Bến Tre Chuyên ngành: …Kỹ Thuật Điện Mã số: …60520202 I TÊN ĐỀ TÀI:…Ứng Dụng Phương Pháp Tìm Kiếm Phân Dạng Ngẫu Nhiên Cho Bài Tốn Tối Ưu Hóa Cơng Suất Phản Kháng NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu tốn điều độ cơng suất phản kháng tối ưu phương pháp giải toán - Nghiên cứu thuật toán Stochastic Fractal Search (SFS) - Áp dụng thuật tốn SFS giải tốn điều độ cơng suất phản kháng tối ưu - So sánh kết đạt với thuật toán khác - Kết luận đưa hướng phát triển 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 Ngọc Phúc Diễm Tp HCM, ngày… tháng… năm… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ i LỜI CẢM ƠN Trong thực tế, khơng có thành cơng mà không gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù nhiều hay ít, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu học tập trường đến nay, nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ q Thầy Cơ, gia đình bạn bè Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy PGS.TS Võ Ngọc Điều cô TS Nguyễn Ngọc Phúc Diễm trực tiếp hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm quý báu, tận tình giúp đỡ em suốt thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Đồng thời, em xin chân thành cảm ơn Khoa Điện – Điện Tử, Phòng Đào Tạo Sau Đại Học, trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia TP.HCM tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập nghiên cứu Cuối cùng, xin gửi lời lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè, người ln dành cho tơi quan tâm động viên, tình u thương tạo điều kiện tốt để tơi có động lực học tập, phấn đấu suốt thời gian qua Do thời gian trình độ cịn nhiều hạn chế nên luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! ii TĨM TẮT LUẬN VĂN Đề tài trình bày phương pháp – phương pháp tìm kiếm phân dạng ngẫu nhiên (SFS) để giải toán điều độ tối ưu công suất phản kháng (ORPD) Phương pháp SFS giải toán ORPD với hàm mục tiêu khác cực tiểu tổn thất công suất thực, cải thiện độ lệch điện áp, nâng cao độ ổn định điện áp Đồng thời, hàm mục tiêu bị ràng buộc thuộc tính khác giới hạn cơng suất phản kháng máy phát tụ, giới hạn điện áp nút, giới hạn nấc máy biến áp giới hạn đường truyền tải Đề tài sử dụng mạng điện tiêu chuẩn IEEE 30 nút IEEE 118 nút để kiểm chứng so sánh kết đạt với số phương pháp tối ưu ngẫu nhiên khác Để qua đó, thấy hội tụ nhanh hiệu phương pháp SFS iii ABSTRACT This thesis proposed a newly method - Stochastic Fractal Search (SFS) for solving Optimal Reactive Power Dispatch (ORPD) SFS method can deal with different objectives of the problem such as minimizing the real power losses, improving the voltage profile and enhancing the voltage stability At the same time, the objects are property handle various contraints for reactive power limits of generators and switchable capacitor banks, bus voltage limits, tap changer limits for transformers, and transmission line limits This thesis has been tested on the IEEE 30 bus and IEEE 118 bus system and the obtained results are compared to other metaheuristic methods Thereby, SFS could be a powerful anh useful method iv LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu thân tác giả Các kết nghiên cứu kết luận nêu luận văn trung thực không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo yêu cầu TP.HCM, ngày 18 tháng 06 năm 2017 Tác giả luận văn Lê Trọng Nghĩa v MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 LỜI MỞ ĐẦU 1.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .2 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.5 ĐÓNG GÓP VÀ Ý NGHĨA CỦA LUẬN VĂN 1.6 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN BÀI TOÁN ORPD 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN ORPD .5 2.2.1 Phương pháp tiến hóa (Evolution Programming) [5] .5 2.2.2 Phương pháp tiến hóa dị biệt (Differential Evolution) [6] 2.2.3 Phương pháp đàn kiến (Ant Colony Optimization) [7] .8 2.2.4 Phương pháp tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization) [8] 11 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BÀI TOÁN 14 3.1 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN .14 3.2 HÀM MỤC TIÊU .14 3.2.1 Hàm tổn thất công suất thực (Real Power Loss) .15 3.2.2 Hàm sai lệch điện áp (Voltage Deviation) .15 3.2.3 Hàm số ổn định điện áp .15 3.3 HÀM RÀNG BUỘC 16 3.3.1 Điều kiện ràng buộc đẳng thức 16 3.3.2 Điều kiện ràng buộc bất đẳng thức 16 CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM PHÂN DẠNG NGẪU NHIÊN 18 4.1 TỔNG QUAN [11] .18 4.2 PHÂN DẠNG (FRACTAL) 18 4.2.1 Phân dạng ngẫu nhiên (Random fractals) .20 CBHD: TS Nguyễn Ngọc Phúc Diễm HVTH: Lê Trọng Nghĩa vi 4.2.2 Đánh thủng điện môi (Dielectric breakdown) 20 4.3 TÌM KIẾM PHÂN DẠNG (FRACTAL SEARCH) 21 4.4 TÌM KIẾM PHÂN DẠNG NGẪU NHIÊN 26 4.5 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP SFS VÀO BÀI TOÁN ORPD 31 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 34 5.1 MẠNG ĐIỆN CHUẨN IEEE – 30 NÚT .34 5.2 MẠNG ĐIỆN CHUẨN IEEE – 118 NÚT .34 5.3 SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI MẠNG ĐIỆN ÍT TỤ BÙ [16] 36 5.3.1 Mạng điện tiêu chuẩn IEEE-30 nút 36 5.3.1.1 Trường hợp tối thiểu công suất tổn thất 37 5.3.1.2 Trường hợp tối ưu độ lệch điện áp 39 5.3.1.3 So sánh kết tốt mạng IEEE 30 nút 41 5.3.2 Mạng điện tiêu chuẩn IEEE-118 nút 41 5.3.2.1 Trường hợp tối thiểu công suất tổn thất 42 5.3.2.2 Trường hợp tối ưu độ lệch điện áp 43 5.3.2.3 So sánh kết tốt mạng IEEE 118 nút 45 5.4 SO SÁNH KẾT QUẢ VỚI MẠNG ĐIỆN NHIỀU TỤ BÙ [17] [18] [19] 45 5.4.1 Mạng điện tiêu chuẩn IEEE-30 nút 45 5.4.1.1 Trường hợp tối thiểu công suất tổn thất 46 5.4.1.2 Trường hợp tối ưu độ lệch điện áp 47 5.4.1.3 Trường hợp tối ưu số ổn định điện áp 49 5.4.1.4 So sánh kết tốt mạng IEEE 30 nút 50 5.4.2 Mạng điện tiêu chuẩn IEEE-118 nút 51 5.4.2.1 Trường hợp tối thiểu công suất tổn thất 52 5.4.2.2 Trường hợp tối ưu độ lệch điện áp 53 5.4.2.3 Trường hợp tối ưu số ổn định điện áp 55 5.4.2.4 So sánh kết tốt mạng IEEE 118 nút 56 5.5 NHẬN XÉT CHUNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ SỐ LIÊN QUAN .57 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .59 CBHD: TS Nguyễn Ngọc Phúc Diễm HVTH: Lê Trọng Nghĩa vii 6.1 KẾT LUẬN 59 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC A: THÔNG SỐ CÁC HỆ THỐNG .65 PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ TỐI ƯU 68 CBHD: TS Nguyễn Ngọc Phúc Diễm HVTH: Lê Trọng Nghĩa ... TÀI:…Ứng Dụng Phương Pháp Tìm Kiếm Phân Dạng Ngẫu Nhiên Cho Bài Tốn Tối Ưu Hóa Cơng Suất Phản Kháng NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu tốn điều độ công suất phản kháng tối ưu phương pháp giải toán. .. bày phương pháp – phương pháp tìm kiếm phân dạng ngẫu nhiên (SFS) để giải tốn điều độ tối ưu cơng suất phản kháng (ORPD) Phương pháp SFS giải toán ORPD với hàm mục tiêu khác cực tiểu tổn thất công. .. đề tài ? ?áp dụng phương pháp tìm kiếm phân dạng ngẫu nhiên cho tốn tối ưu công suất phản kháng? ?? làm đối tượng nghiên cứu góp phần giúp thuật tốn hồn thiện việc giải toán ORPD toán tối ưu khác