Điều độ công suất phản kháng tối ưu sử dụng thuật toán one rank cuckoo search

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HỮU THIÊN ÂN ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƯU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ONE RANK CUCKOO SEARCH Chuyên ngành : Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã số: 605251 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2015 i CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG –HCM Cán hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Võ Ngọc Điều Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm 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) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều TRƢỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HỮU THIÊN ÂN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/05/1989 Nơi sinh: Khánh Hòa Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã số: 605251 1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƢU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ONE RANK CUCKOO SEARCH 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu tốn điều độ cơng suất phản kháng tối ƣu phƣơng pháp giải toán - Nghiên cứu thuật toán One Rank Cuckoo Search (ORCS) - Áp dụng thuật toán ORCS giải toán điều độ công suất phản kháng tối ƣu - So sánh kết đạt đƣợc với thuật toán khác - Kết luận đƣa hƣớng phát triển đề tài 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/11/2015 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS TS Võ Ngọc Điều Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành cám ơn Thầy Võ Ngọc Điều, ngƣời tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn cung cấp tài liệu vô q giá cho em suốt q trình nghiên cứu để em hoàn thành tốt luận văn Xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử trƣờng Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức giúp em trƣởng thành suốt khóa học Tơi cám ơn tất bạn bè động viên giúp đỡ suốt trình thực luận văn Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình không ngừng giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập thực luận văn Chân thành cám ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015 Nguyễn Hữu Thiên Ân CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015 Tác giả Nguyễn Hữu Thiên Ân CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân v TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài nghiên cứu “Điều độ công suất phản kháng tối ƣu sử dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search” Hàm mục tiêu đƣợc đặt cực tiểu tổn thất công suất tác dụng thông qua hàm tổn thất công suất, hàm độ lệch điện áp hàm ổn định điện áp với điều kiện ràng buộc công suất phát điện áp máy phát, số chỉnh định máy biến áp, công suất truyền tải đƣờng dây công suất phản kháng dãy tụ Thuật toán ORCS đƣợc dựa thuật toán Cuckoo search đƣợc cải tiến nhằm nâng cao khả giải toán tối ƣu tốc độ hội tụ Ứng dụng giải toán ORPD mạng điện chuẩn IEEE-30 nút, IEEE118 nút kết đƣợc so sánh với phƣơng pháp tối ƣu hoá khác ABSTRACT MASTER THESIS This thesis proposes a one rank cuckoo search algorithm (ORCSA) for solving optimal reactive power dispatch (ORPD) problem The proposed ORCSA can deal with different objectives of the problem such as minimizing the real power losses, improving the voltage profile, and enhancing the voltage stability and properly handle various constraints for reactive power limits of generators and switchable capacitor banks, bus voltage limits, tap changer limits for transformers, and transmission line limits The ORCSA method is created based on the conventional CSA method so as to improve optimal solution and speed up convergence In the ORCSA method, new eggs generated via Lévy flights are replaced partially and the newly generated eggs are then evaluated and ranked at once On the other hand, there is a bound by best solution technique proposed for replacing the invalid dimension in order to improve convergence rate and performance The proposed method has been tested on the IEEE 30-bus and IEEE 118- bus systems and the obtained results are compared to that from other methods reported in the thesis has indicated that the proposed method is very efficient for the optimal reactive power optimization problems CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ II LỜI CẢM ƠN III LỜI CAM ĐOAN IV TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ……… ……………………………………….V DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VIII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU IIX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT XI CHƢƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4 NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƢU 2.1 GIỚI THIỆU .4 2.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG GIẢI BÀI TOÁN ORPD 2.2.1 Phương pháp EP (Evolutionary Programming)[17, 2] 2.2.2 Phương pháp DE (Differential Evolution)[18, 2] .5 2.2.3 Phương pháp ACO (Ant Colony Optimization)[11, 2] 2.2.4 Phương pháp GA (Genetic Algorithm)[19, 2] 11 2.2.5 Phương pháp PSO (Particle Swarm Optimization)[12, 2] .14 CHƢƠNG 17 THÀNH LẬP BÀI TOÁN ORPD TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 17 CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân vii 3.1 BÀI TOÁN ORPD 17 3.2 HÀM MỤC TIÊU VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN RÀNG BUỘC[22] .17 CHƢƠNG 20 ÁP DỤNG THUẬT TOÁN ORCS GIẢI BÀI TOÁN ORPD 20 4.1 THUẬT TOÁN CUCKOO SEARCH (CS) [14, 15] .20 4.1.1 Hành vi chim Cuckoo .20 4.1.2 Đặc tính Lévy Flight 21 4.1.3 Thuật toán Cuckoo search .21 4.2 THUẬT TOÁN ONE RANK CUCKOO SEARCH 24 4.3 ÁP DỤNG THUẬT TOÁN ORCS VÀO BÀI TOÁN ORPD 25 CHƢƠNG 29 KẾT QUẢ TÍNH TỐN 29 5.1 MẠNG ĐIỆN CHUẨN IEEE-30 NÚT 29 5.1.1 Cấu trúc 29 5.1.2 Kết .31 5.1.3 Kết luận 36 5.2 MẠNG ĐIỆN CHUẨN IEEE-118 NÚT 37 5.2.1 Cấu trúc 37 5.2.2 Kết .38 5.2.3 Kết luận 43 CHƢƠNG 45 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 45 6.1 KẾT LUẬN 45 6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 46 PHỤ LỤC 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .61 CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ thuật tốn DE Hình 2.2: Sơ đồ thuật tốn ACO Hình 2.3: Sơ đồ thuật tốn GA Hình 4.1: Chim cuckoo lớn chim chủ tổ Hình 4.2: Lƣu đồ thuật tốn CS Hình 5.1: Sơ đồ đơn tuyến mạng điện IEEE–30 nút Hình 5.2: Biểu đồ tần suất xuất biến số Ploss mạng IEEE-30 nút Hình 5.3: Sự hội tụ hàm cực tiểu Ploss mạng IEEE-30 nút Hình 5.4: Biểu đồ tần suất xuất biến số VD mạng IEEE-30 nút Hình 5.5: Sự hội tụ hàm cực tiểu VD mạng IEEE-30 nút Hình 5.6: Biểu đồ tần suất xuất biến số Lmax mạng IEEE-30 nút Hình 5.7: Sự hội tụ hàm cực tiểu Lmax mạng IEEE-30 nút Hình 5.8: Sơ đồ mạng điện IEEE-118 nút Hình 5.9: Biểu đồ tần suất xuất biến số Ploss mạng IEEE-118 nút Hình 5.10: Sự hội tụ hàm cực tiểu Ploss mạng IEEE-118 nút Hình 5.11: Biểu đồ tần suất xuất biến số VD mạng IEEE-118 nút Hình 5.12: Sự hội tụ hàm cực tiểu VD mạng IEEE-118 nút Hình 5.13: Biểu đồ tần suất xuất biến số Lmax mạng IEEE-118 nút Hình 5.14: Sự hội tụ hàm cực tiểu Lmax mạng IEEE-118 nút CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 5.1: Đặc tính hệ thống IEEE-30 nút dùng để kiểm tra Bảng 5.2: Thông số hệ thống IEEE-30 nút dùng để kiểm tra Bảng 5.3: Kết so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu tổn thất công suất so với tài liệu tham khảo Bảng 5.4: Kết so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu độ lệch điện áp so với tài liệu tham khảo Bảng 5.5: Kết so sánh thuật toán ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu số ổn định điện áp so với tài liệu tham khảo Bảng 5.6: Kết so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu so với tài liệu tham khảo Bảng 5.7: Đặc tính hệ thống IEEE-118 nút dùng để kiểm tra Bảng 5.8: Thông số hệ thống IEEE-118 nút dùng để kiểm tra Bảng 5.9: Kết so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu tổn thất công suất so với tài liệu tham khảo Bảng 5.10: Kết so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu độ lệch điện áp so với tài liệu tham khảo Bảng 5.11: Kết so sánh thuật toán ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu số ổn định điện áp so với tài liệu tham khảo Bảng 5.12: Kết so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu so với tài liệu tham khảo Bảng A1: Dòng công suất cực đại đƣờng dây truyền tải mạng điện IEEE–30 nút Bảng A2: Những kết tốt phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất (Ploss) Bảng A3: Những kết tốt phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu độ lệch điện áp (VD) Bảng A4: Những kết tốt phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu số ổn định điện áp (Limax) CBHD: PGS TS Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân ... TÀI: ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƢU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ONE RANK CUCKOO SEARCH 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu tốn điều độ công suất phản kháng tối ƣu phƣơng pháp giải toán - Nghiên cứu thuật. .. tài nghiên cứu ? ?Điều độ công suất phản kháng tối ƣu sử dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search? ?? Bài toán đƣợc xây dựng dựa mơ hình tốn học dùng phần mềm Matlab để giải thuật toán tối ƣu Hàm mục... chọn đề tài ? ?Điều độ công suất phản kháng tối ƣu sử dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search? ?? làm đối tƣợng nghiên cứu góp phần giúp thuật tốn hồn thiện việc giải tốn ORPD nhƣ toán tối ƣu khác 1.2