Áp dụng thuật toán one rank cuckoo search để giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA oOo LÊ NGHĨA ÁP DỤNG THUẬT TOÁN ONE RANK CUCKOO SEARCH ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Võ Ngọc Điều (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS Lê Kỷ (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS Hồ Văn Hiến (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 07 tháng 01 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: TS Nguyễn Văn Liêm Phản biện 1: TS Lê Kỷ Phản biện 2: TS Hồ Văn Hiến Uỷ Viên: PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương Thư ký: 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 GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều TRƯỞNG KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ i HVTH: Lê Nghĩa 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 NGHĨA MSHV: Ngày, tháng, năm sinh: 26/04/1984 Nơi sinh: TP Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 7140418 60 52 02 02 I TÊN ĐỀ TÀI: Áp dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search để giải toán tái cấu trúc lưới điện phân phối NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối - Tìm hiểu thuật toán One Rank Cuckoo Search - Áp dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search để giải toán tái cấu trúc lưới điện phân phối - So sánh kết đạt với thuật toán khác - Kết luận đưa hướng phát triển cho đề tài II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/01/2016 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2016 IV CÁN BỘ HƯỚNG 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 ĐIỆN – ĐIỆN TỬ (Họ tên chữ ký) GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều ii HVTH: Lê Nghĩa LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Võ Ngọc Điều, người thầy hướng dẫn thực luận văn Thầy cung cấp cho tài liệu cần thiết cho đề tài Trong suốt thời gian thực luận văn, công việc bận rộn thầy dành nhiều thời gian tâm huyết việc hướng dẫn thực luận văn Trong thời gian vừa qua, với dẫn, nhắc nhở, gợi ý thầy cho thêm ý tưởng mới, giúp thực hiệu nghiên cứu Cho đến hơm nay, luận văn tơi hồn thành, nhờ nhắc nhở, đơn đốc, giúp đỡ nhiệt tình thầy 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 trình học khơng tảng cho q trình nghiên cứu, mà cịn hành trang q báu để bước vào đời 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 yên tâm thực tốt việc học tập Cuối tơi kính chúc q Thầy, Cơ dồi sức khỏe thành công nghiệp cao quý Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2016 Người thực Lê Nghĩa GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều iii HVTH: Lê Nghĩa TÓM TẮT Luận văn sử dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search (ORCS) để giải toán tái cấu trúc lưới điện phân phối (LĐPP) giảm tổn thất cơng suất tác dụng Thuật tốn ORCS dựa thuật toán Cuckoo Search (CS) cải tiến nhằm nâng cao khả giải toán tối ưu tốc độ hội tụ Thuật toán ORCS đề xuất để giải toán tái cấu trúc LĐPP cho mạng điện IEEE 16 nút, 33 nút 69 nút Các kết thu trình tính tốn cho thấy thuật tốn ORCS 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 ORCS, đưa đến kết tốt hơn, ứng dụng vào toán tái cấu trúc thực tế hệ thống điện Thông qua kết khảo sát LĐPP từ mạng điện chuẩn đến thực tế cho thấy sau tái cấu trúc, tổn thất cơng suất giảm đáng kể từ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng Điều thể hiệu giải thuật đề xuất GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều iv HVTH: Lê Nghĩa ABSTRACT This thesis proposes a One Rank Cuckoo Search (ORCS) algorithm for solving the optimal distribution network reconfiguration (DNRC) problem for active power loss minimization The ORCS algorithm is based on the Cuckoo Search (CS) algorithm and improved for the ability to solve optimization problems and speed of convergence The ORCS algorithm is proposed to solve the DNRC problem with 16, 33 and 69 bus IEEE 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 ORCS 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 IEEE 16, 33 and 69 bus test systems to practical power network, power loss is reduced considerably and thereby improve power supply reliability for customers Therefore, these results illustrate the efficiency of the proposed ORCS algorithm GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều v HVTH: Lê Nghĩa LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn hồn tồn tơi thực thực hướng dẫn khoa học PGS.TS Võ Ngọc Điều Các đoạn trích dẫn luận văn dẫn nguồn, xác kết nêu luận văn nghiên cứu có tính trung thực Học viên Lê Nghĩa GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều vi HVTH: Lê Nghĩa MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT .v LỜI CAM ĐOAN .vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .x DANH MỤC CÁC BẢNG .xi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT xii CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG .1 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG : TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu 2.2 Lưới điện phân phối 2.2.1 Đặc điểm lưới điện phân phối 2.2.2 Nhiệm vụ lưới điện phân phối 2.3 Thực trạng LĐPP Việt Nam 10 2.4 Các nghiên cứu tái cấu trúc LĐPP 12 2.4.1 Giới thiệu 12 2.4.2 Các giải thuật Heuristic 12 2.4.2.1.Giải thuật Civanlar cộng - kỹ thuật đổi nhánh 12 2.4.2.2.Phương pháp Heuristic tối ưu hóa 15 2.4.3 Các giải thuật Meta-Heuristic 19 2.4.3.1.Thuật toán di truyền – Genetic Algorithm (GA) 19 2.4.3.2.Phương pháp logic mờ - Fuzy logic 21 GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều vii HVTH: Lê Nghĩa 2.4.3.3.Mạng thần kinh nhân tạo – Artificial Neural Network (ANN) 21 2.4.3.4.Hệ chuyên gia – Expert System (ES) 21 2.4.3.5.Thuật toán Tabu Search (TS) 22 2.4.3.6.Thuật toán bầy đàn – Particle Swarm Optimization (PSO) 24 2.4.3.7.Phương pháp mô luyện kim – Simulated Annealing Method 24 2.4.3.8.Thuật toán tối ưu kiến – Ant Colony Optimization Method (ACO) 25 2.4.3.9.Thuật toán Cuckoo Search (CS) 25 CHƯƠNG : BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 27 3.1 Tái cấu trúc lưới điện phân phối 27 3.2 Các toán tái cấu trúc lưới điện phân phối 28 3.3 Mơ hình tốn học tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối 30 3.4 Xây dựng giải thuật kiểm tra điều kiện hình tia 32 CHƯƠNG : ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP ONE RANK CUCKOO SEARCH GIẢI BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 37 4.1 Đặt vấn đề 37 4.2 Phương pháp One Rank Cuckoo Search giải toán tái cấu trúc 37 4.2.1 Thuật toán Cuckoo Search 37 4.2.1.1.Hành vi chim Cuckoo 38 4.2.1.2.Đặc tính Lévy Flight 38 4.2.1.3.Thuật toán Cuckoo Search 39 4.2.2 Thuật toán One Rank Cuckoo Search (ORCS) 42 4.2.3 Áp dụng thuật toán ORCS vào toán tái cấu trúc 44 CHƯƠNG : KẾT QUẢ TÍNH TỐN 48 5.1 Chọn thông số 48 5.2 Mạng điện IEEE 16 nút 49 5.3 Mạng điện IEEE 33 nút 52 5.4 Mạng điện IEEE 69 nút 56 5.5 Lưới điện phân phối thực tế 63 5.5.1 Đối tượng nghiên cứu 63 GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều viii HVTH: Lê Nghĩa 5.5.2 Giới thiệu chương trình TOPO PSS/ADEPT 5.0 64 5.5.3 Công tác chuyển tải vận hành lưới điện phân phối thực tế 66 5.5.4 Phương pháp thực 67 5.5.4.1.Công suất tiêu thụ trung bình 67 5.5.4.2.Định nghĩa phần tử phụ tải 68 5.5.4.3.Xác định cấu hình lưới điện phân phối 70 5.5.5 Kết tái cấu trúc cho phát tuyến Tân Quý 70 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .75 6.1 Tổng kết đề tài 75 6.2 Hướng phát triển đề tài 76 6.3 Lời kết 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 PHỤ LỤC 82 Phụ lục A: Dữ liệu phát tuyến Tân Quý bình thường 82 GVHD: PGS TS Võ Ngọc Điều ix HVTH: Lê Nghĩa ... trúc lưới điện phân phối - Tìm hiểu thuật tốn One Rank Cuckoo Search - Áp dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search để giải toán tái cấu trúc lưới điện phân phối - So sánh kết đạt với thuật toán khác... 2.4.3.9 .Thuật toán Cuckoo Search (CS) 25 CHƯƠNG : BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 27 3.1 Tái cấu trúc lưới điện phân phối 27 3.2 Các toán tái cấu trúc lưới điện phân phối. .. đưa thuật toán để giải toán tái cấu trúc LĐPP Việc áp dụng thuật toán để giải toán tái cấu trúc hiệu nhu cầu cấp thiết Trên sở đó, tơi đề nghị áp dụng thuật toán One rank Cuckoo Search để giải